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JP4318529B2 - Communications system - Google Patents

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Description

本発明は通信システムに関し、特にUWB通信を行う通信システムに関する。   The present invention relates to a communication system, and more particularly to a communication system that performs UWB communication.

現在、電子機器に搭載されるCPUの動作速度は、ますます高速化している。無線通信を行う電子機器のCPUの動作速度が、無線通信の周波数と同じ位の周波数になると互いに干渉を起こす。そのため、無線通信を行う電子機器の無線信号の周波数帯域を上げる必要がある。   Currently, the operating speed of CPUs mounted on electronic devices is increasing more and more. When the operating speed of the CPU of the electronic device that performs wireless communication becomes the same frequency as the frequency of wireless communication, they interfere with each other. Therefore, it is necessary to increase the frequency band of the radio signal of the electronic device that performs radio communication.

比帯域(帯域幅/中心周波数)が20%以上もしくは、500MHz以上の帯域幅を使用するUWB(Ultra Wide Band)通信、探査には、3.1GHz〜10.6GHz(マイクロ波)、22〜29GHz(準ミリ波)の周波数帯が割り当てられている。今後ミリ波帯においてもUWB技術が使われていくと考えられる。   3.1 GHz to 10.6 GHz (microwave), 22 to 29 GHz for UWB (Ultra Wide Band) communication and exploration using a specific bandwidth (bandwidth / center frequency) of 20% or higher or a bandwidth of 500 MHz or higher (Quasi-millimeter wave) frequency band is assigned. The UWB technology is expected to be used in the millimeter wave band.

マイクロ波帯においては比帯域が広い。よって、搬送波を使わずに単サイクルパルスの発生時刻を時間ホッピングする通信が可能である。準ミリ波、ミリ波帯においては、比帯域が狭いため、単サイクルパルスではなく、数波〜数百波の波列を用いることができる。この場合、一種類の波列の使用する帯域幅を500MHz程度として、数種類の中心周波数を持つ波列を順番に使ったり、適宜使い分けたりすることができる。これはマルチバンド方式と呼ばれ、周波数ホッピングと時間ホッピングを組み合わせて使うことが可能である。   The ratio band is wide in the microwave band. Therefore, it is possible to perform communication that time-hops the generation time of a single cycle pulse without using a carrier wave. In the quasi-millimeter wave and millimeter-wave bands, since the ratio band is narrow, a wave train of several to several hundred waves can be used instead of a single cycle pulse. In this case, the bandwidth used by one type of wave train is set to about 500 MHz, and wave trains having several types of center frequencies can be used sequentially or appropriately. This is called a multiband method, and it is possible to use a combination of frequency hopping and time hopping.

図25は、直接コード拡散を使用したUWB送信機のブロック構成図である。送信データは、コード拡散器122により、コード発生器121から出力される拡散コードで拡散され、波形発生器123に送られる。波形発生器123は、拡散された送信データを基に単サイクルパルスあるいはバースト波形を発生する。単サイクルパルスあるいはバースト波形は、BPF(Band Pass Filter)124により所定帯域だけ取り出されてアンテナ125から送出される。   FIG. 25 is a block diagram of a UWB transmitter using direct code spreading. The transmission data is spread by the code spreader 122 with the spread code output from the code generator 121 and sent to the waveform generator 123. The waveform generator 123 generates a single cycle pulse or a burst waveform based on the spread transmission data. A single cycle pulse or burst waveform is extracted by a predetermined band by a BPF (Band Pass Filter) 124 and transmitted from an antenna 125.

図26は、直接コード拡散を使用したUWB受信機のブロック構成図である。アンテナ131で受信したUWB信号は、許容帯域だけがBPF132を通過してパルス相関器133に出力される。一方、コード拡散器135は、コード発生器134で発生したコードから拡散信号を生成し、波形発生器136は、拡散信号に応じた受信波形のテンプレートを生成する。パルス相関器133は、受信波形のテンプレートと受信信号との相関関係を調べる(BPSK(Bi-Phase Shift Keying)の場合テンプレートと受信信号との相関は、拡散コード長を通して非反転、反転となる。従って、パルス相関後コード区間の積分が正または負の相関信号となる)。パルス列積分器137は、受信信号の1コード区間の積分値を算出し、比較器138は、積分値の正負から復調データを取り出す。   FIG. 26 is a block diagram of a UWB receiver using direct code spreading. Only the allowable band of the UWB signal received by the antenna 131 passes through the BPF 132 and is output to the pulse correlator 133. On the other hand, the code spreader 135 generates a spread signal from the code generated by the code generator 134, and the waveform generator 136 generates a received waveform template corresponding to the spread signal. The pulse correlator 133 checks the correlation between the template of the received waveform and the received signal (in the case of BPSK (Bi-Phase Shift Keying), the correlation between the template and the received signal is non-inverted and inverted through the spreading code length. Therefore, the integration of the code interval after pulse correlation becomes a positive or negative correlation signal). The pulse train integrator 137 calculates an integral value of one code section of the received signal, and the comparator 138 extracts demodulated data from the positive / negative of the integral value.

送信機および受信機のコード拡散器、波形発生器は、データ伝送レート×拡散コード長/変調bit数のクロック周波数で動作する必要がある。例えば、500Mbpsのデータ伝送レートで拡散コード長64bit、変調bit数1の場合、3.2GHzのクロックが必要である。   The code spreader and waveform generator of the transmitter and receiver need to operate at a clock frequency of data transmission rate × spreading code length / number of modulation bits. For example, when the data transmission rate is 500 Mbps and the spreading code length is 64 bits and the number of modulation bits is 1, a 3.2 GHz clock is required.

なお、高周波の源発振を分周したり、多数の移相器を用いたりすることなく、一定の位相差を有し、かつ周波数の安定した位相雑音の少ない二相またはそれ以上の多相クロックを得ることができる発信回路がある(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−208817号公報(段落番号〔0011〕〜〔0021〕、図1〜図4)
It should be noted that a multi-phase clock with a constant phase difference and a stable frequency and low phase noise, or two or more phases, without dividing the high-frequency source oscillation or using many phase shifters. There is a transmission circuit that can obtain (see, for example, Patent Document 1).
JP 2002-208817 A (paragraph numbers [0011] to [0021], FIGS. 1 to 4)

ところで、送信機および受信機は、単サイクルパルスまたはバースト波の無線信号の、出力タイミングの基となる同期信号を生成する回路を有している。データの伝送速度が高くなれば、同期信号を生成する回路の実現が困難となり、消費電力も大きくなってくる。   By the way, the transmitter and the receiver have a circuit that generates a synchronization signal that is a basis of output timing of a single-cycle pulse or burst wave radio signal. As the data transmission rate increases, it becomes difficult to realize a circuit that generates a synchronization signal, and power consumption increases.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、データの伝送速度が高くなっても回路の実現が容易で、消費電力を抑制することができる通信システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a communication system that can easily realize a circuit and can reduce power consumption even when a data transmission rate is increased. .

本発明では上記問題を解決するために、無線通信する通信システムにおいて、送信データをコード拡散するコード拡散器と、無線信号の変調に用いられる、所定の異なった位相をそれぞれ有する複数の送信側同期信号を、選択可能に予め生成する送信側同期信号生成器と、コード拡散された前記送信データに対応する位相の前記送信側同期信号を選択する送信側同期信号選択器と、コード拡散された前記送信データを選択された前記送信側同期信号に同期して変調し、前記無線信号として出力する送信側信号出力器と、を有する送信機と、前記無線信号を逆拡散するための逆拡散コードを出力するコード出力器と、前記送信側同期信号と同じ、所定の異なった位相をそれぞれ有する複数の受信側同期信号を、選択可能に予め生成する受信側同期信号生成器と、前記逆拡散コードに対応する位相の前記受信側同期信号を選択する受信側同期信号選択器と、選択された前記受信側同期信号に同期した前記無線信号と相関がとられる被相関信号を出力する受信側信号出力器と、前記無線信号と前記被相関信号との相関をとる相関器と、を有する受信機と、を有することを特徴とする通信システムが提供される。 In the present invention, in order to solve the above problem, in a wireless communication system, a code spreader for code spreading transmission data and a plurality of transmission side synchronizations each having a predetermined different phase used for modulation of a radio signal A transmission-side synchronization signal generator that preselectively generates a signal, a transmission-side synchronization signal selector that selects the transmission-side synchronization signal having a phase corresponding to the code-spread transmission data, and the code-spread A transmitter having a transmitter-side signal output unit that modulates transmission data in synchronization with the selected transmission-side synchronization signal and outputs the data as a radio signal; and a despreading code for despreading the radio signal A code output device for output, and a plurality of reception side synchronization signals each having the same predetermined different phase as the transmission side synchronization signal are generated in a selectable manner in advance. A signal generator, a reception-side synchronization signal selector that selects the reception-side synchronization signal having a phase corresponding to the despread code, and a radio signal that is synchronized with the selected reception-side synchronization signal. There is provided a communication system comprising: a reception side signal output unit that outputs a correlation signal; and a receiver that includes a correlator that correlates the radio signal and the correlated signal .

このような通信システムによれば、送信機は、コード拡散された送信データに対応する位相の送信側同期信号を選択し、コード拡散された送信データを選択された送信側同期信号に同期して変調し、無線信号として出力する。受信機は、逆拡散コードに対応する位相の受信側同期信号を選択し、選択された受信側同期信号に同期した無線信号と相関がとられる被相関信号を出力する。 According to such a communication system, the transmitter selects a transmission-side synchronization signal having a phase corresponding to the code-spread transmission data, and synchronizes the code-spread transmission data with the selected transmission-side synchronization signal. Modulate and output as a radio signal. The receiver selects a reception-side synchronization signal having a phase corresponding to the despread code, and outputs a correlated signal that is correlated with a radio signal synchronized with the selected reception-side synchronization signal.

本発明の通信システムでは、データの伝送速度が高くなっても、送信側同期信号および受信側同期信号の周波数を高くする必要はなく、回路の実現が容易で消費電力を抑制することができる。
In the communication system of the present invention, even when high transmission speed of data, there is no need to increase the frequency of the transmission-side synchronization signal and receiving the synchronization signal, is possible to suppress the power consumption can be easily realized in the circuit it can.

以下、本発明の原理を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の通信システムの原理図である。
図に示す送信機1は、コード拡散器1a、送信側同期信号生成器1b、送信側同期信号選択器1c、送信側信号出力器1d、およびアンテナ1eを有している。受信機2は、コード出力器2a、受信側同期信号生成器2b、受信側同期信号選択器2c、受信側信号出力器2d、相関器2e、およびアンテナ2fを有している。
The principle of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a principle diagram of a communication system according to the present invention.
The transmitter 1 shown in the figure includes a code spreader 1a, a transmission side synchronization signal generator 1b, a transmission side synchronization signal selector 1c, a transmission side signal output unit 1d, and an antenna 1e. The receiver 2 includes a code output device 2a, a reception side synchronization signal generator 2b, a reception side synchronization signal selector 2c, a reception side signal output device 2d, a correlator 2e, and an antenna 2f.

送信機1のコード拡散器1aには、拡散コードと送信データが入力される。コード拡散器1aは、送信データを拡散コードで拡散し、送信側同期信号選択器1cに出力する。
送信側同期信号生成器1bは、異なった位相の送信側同期信号を複数生成する。
A spread code and transmission data are input to the code spreader 1a of the transmitter 1. The code spreader 1a spreads the transmission data with the spreading code and outputs it to the transmission side synchronization signal selector 1c.
The transmission side synchronization signal generator 1b generates a plurality of transmission side synchronization signals having different phases.

送信側同期信号選択器1cは、コード拡散器1aによってコード拡散された送信信号に基づいて、送信側同期信号生成器1bから出力される複数の送信側同期信号を1つ選択する。   The transmission side synchronization signal selector 1c selects one of the plurality of transmission side synchronization signals output from the transmission side synchronization signal generator 1b based on the transmission signal code-spread by the code spreader 1a.

送信側信号出力器1dは、送信側同期信号選択器1cより選択された送信側同期信号に同期して無線信号をアンテナ1eに出力する。
受信機2のコード出力器2aは、アンテナ2fより受信される、送信機1からの無線信号を逆拡散するための逆拡散コードを出力する。
The transmission side signal output device 1d outputs a radio signal to the antenna 1e in synchronization with the transmission side synchronization signal selected by the transmission side synchronization signal selector 1c.
The code output unit 2a of the receiver 2 outputs a despread code for despreading the radio signal received from the antenna 2f from the transmitter 1.

受信側同期信号生成器2bは、送信機1の送信側同期信号生成器1bが生成する送信側同期信号と同じ周波数、位相を持つ複数の受信側同期信号を生成する。
受信側同期信号選択器2cは、コード出力器2aから出力される逆拡散コードに基づいて、受信側同期信号生成器2bから出力される受信側同期信号を選択して出力する。
The reception side synchronization signal generator 2b generates a plurality of reception side synchronization signals having the same frequency and phase as the transmission side synchronization signal generated by the transmission side synchronization signal generator 1b of the transmitter 1.
The reception side synchronization signal selector 2c selects and outputs the reception side synchronization signal output from the reception side synchronization signal generator 2b based on the despread code output from the code output unit 2a.

受信側信号出力器2dは、受信側同期信号選択器2cより選択された受信側同期信号に同期した、無線信号と相関がとられる被相関信号を出力する。
相関器2eは、アンテナ2fより受信される無線信号と、受信側信号出力器2dから出力される被相関信号との相関をとる。
The reception-side signal output unit 2d outputs a correlated signal that is synchronized with the radio signal and is synchronized with the reception-side synchronization signal selected by the reception-side synchronization signal selector 2c.
The correlator 2e correlates the radio signal received from the antenna 2f and the correlated signal output from the reception side signal output unit 2d.

以下、図1の動作について説明する。
送信機1の送信側同期信号生成器1bは、異なった位相の送信側同期信号を複数生成する。送信側信号出力器1dは、コード拡散された送信データに基づいて選択された送信側同期信号に同期して無線信号を出力する。送信側信号出力器1dは、選択された送信側同期信号に同期して無線信号を出力する。従って、送信側信号出力器1dからは、コード拡散された送信データに応じた、位相の異なった無線信号が出力される。
Hereinafter, the operation of FIG. 1 will be described.
The transmission side synchronization signal generator 1b of the transmitter 1 generates a plurality of transmission side synchronization signals having different phases. The transmission side signal output unit 1d outputs a radio signal in synchronization with the transmission side synchronization signal selected based on the code-spread transmission data. The transmission side signal output unit 1d outputs a radio signal in synchronization with the selected transmission side synchronization signal. Therefore, the transmission-side signal output unit 1d outputs radio signals having different phases corresponding to the code-spread transmission data.

受信機2の受信側同期信号生成器2bは、送信側同期信号と同じ信号の受信側同期信号を複数生成する。受信側信号出力器2dは、逆拡散コードに基づいて選択された受信側同期信号に同期した、無線信号と相関がとられる被相関信号を出力する。従って、受信側信号出力器2dからは、逆拡散コードに応じた、位相の異なった被相関信号が出力される。   The reception side synchronization signal generator 2b of the receiver 2 generates a plurality of reception side synchronization signals having the same signal as the transmission side synchronization signal. The reception-side signal output unit 2d outputs a correlated signal that is synchronized with the reception-side synchronization signal selected based on the despreading code and is correlated with the radio signal. Therefore, the reception side signal output unit 2d outputs correlated signals having different phases corresponding to the despreading code.

相関器2eは、アンテナ2fより受信される無線信号と、受信側信号出力器2dから出力される被相関信号との相関をとる。アンテナ2fより受信される無線信号と、受信側信号出力器2dから出力される被相関信号との波形が一致していれば相関値が大きくなる。なお、相関器2eの出力を1シンボルタイム積分し、1/0判定をすることによって受信データとすることができる。   The correlator 2e correlates the radio signal received from the antenna 2f and the correlated signal output from the reception side signal output unit 2d. If the waveform of the radio signal received from the antenna 2f matches the waveform of the correlated signal output from the reception-side signal output unit 2d, the correlation value increases. The output of the correlator 2e is integrated by one symbol time, and the received data can be obtained by determining 1/0.

このように、送信機および受信機において、位相の異なる複数の送信側同期信号および受信側同期信号を、コード拡散された送信信号および逆拡散コードによって選択し、選択した送信側同期信号および受信側同期信号に同期して無線信号を送受信するようにした。よって、データの伝送レートが高くなっても、送信側同期信号および受信側同期信号の周波数を高くする必要はなく、回路の実現が容易で消費電力を抑制することができる。   Thus, in the transmitter and the receiver, a plurality of transmission side synchronization signals and reception side synchronization signals having different phases are selected by the code-spread transmission signal and the despread code, and the selected transmission side synchronization signal and reception side are selected. Radio signals are transmitted and received in synchronization with the synchronization signal. Therefore, even if the data transmission rate increases, it is not necessary to increase the frequencies of the transmission side synchronization signal and the reception side synchronization signal, and the circuit can be easily realized and the power consumption can be suppressed.

次に、本発明の第1の実施の形態に係る通信システムを送信機と受信機とに分けて図面を参照して詳細に説明する。まず、送信機について説明する。
図2は、送信機のブロック構成図である。
Next, the communication system according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, divided into a transmitter and a receiver. First, the transmitter will be described.
FIG. 2 is a block diagram of the transmitter.

図に示すように送信機は、コード発生器11、コード拡散器12、相選択器13、波形発生器14、BPF15、およびアンテナ16を有している。送信機は、例えば、搬送波を必要としないUWB通信を行い、ミリ波帯での通信を行う。   As shown in the figure, the transmitter includes a code generator 11, a code spreader 12, a phase selector 13, a waveform generator 14, a BPF 15, and an antenna 16. For example, the transmitter performs UWB communication that does not require a carrier wave, and performs communication in the millimeter wave band.

コード発生器11は、送信データをコード拡散するための拡散コードを出力する。
コード拡散器12には、送信データとコード発生器11から出力される拡散コードとが入力される。コード拡散器12は、入力される送信データを拡散コードで拡散して出力する。
The code generator 11 outputs a spreading code for code spreading the transmission data.
The transmission data and the spreading code output from the code generator 11 are input to the code spreader 12. The code spreader 12 spreads input transmission data with a spreading code and outputs the spread data.

相選択器13には、位相の異なった複数のクロックの多相クロックと、コード発生器11からコード拡散された送信データが入力される。相選択器13は、入力される多相クロックを、コード拡散された送信データに基づいて1つ選択し、波形発生器14に出力する。   The phase selector 13 receives a multi-phase clock of a plurality of clocks having different phases and transmission data code-spread from the code generator 11. The phase selector 13 selects one input multi-phase clock based on the code-spread transmission data, and outputs it to the waveform generator 14.

波形発生器14は、相選択器13で選択されたクロックに同期した単サイクルパルスを出力する。なお、波形発生器14からは、コード拡散された送信データに応じた、位相の異なった単サイクルパルスが出力されるので、送信データの情報は、単サイクルパルスの位相に含まれることになる。   The waveform generator 14 outputs a single cycle pulse synchronized with the clock selected by the phase selector 13. Since the waveform generator 14 outputs single-cycle pulses having different phases corresponding to the code-spread transmission data, the transmission data information is included in the phase of the single-cycle pulse.

BPF15は、波形発生器14から出力される単サイクルパルスの信号を許容帯域だけにしてアンテナ16に出力する。
次に、図2の個々のブロックを実現する回路について説明する。まず、波形発生器14の回路について説明する。
The BPF 15 outputs the single-cycle pulse signal output from the waveform generator 14 to the antenna 16 with only the allowable band.
Next, a circuit for realizing each block in FIG. 2 will be described. First, the circuit of the waveform generator 14 will be described.

図3は、単一サイクル発生器の回路図である。
図に示す単一サイクル発生器は、図2の波形発生器14に構成され、拡散された送信データを変調するための基となる信号を出力する。
FIG. 3 is a circuit diagram of a single cycle generator.
The single cycle generator shown in the figure is configured in the waveform generator 14 shown in FIG. 2, and outputs a signal that is a basis for modulating the spread transmission data.

図に示すように単一サイクル発生器は、トランジスタM1,M2、抵抗R1,R2、コンデンサC1、インダクタL1〜L3を有している。
トランジスタM1のドレインは、一端が電源Vccと接続されたインダクタL1と接続されている。トランジスタM2のドレインは、一端が電源Vccと接続されたインダクタL2と接続されている。トランジスタM1,M2のドレインは、トランジスタM1を介して接続されている。トランジスタM1,M2のソースは、インダクタL3に接続されている。コンデンサC1と抵抗R2は、並列に接続され、一端はインダクタL3、他端はグランドに接続されている。
As shown in the figure, the single cycle generator includes transistors M1 and M2, resistors R1 and R2, a capacitor C1, and inductors L1 to L3.
The drain of the transistor M1 is connected to an inductor L1 having one end connected to the power supply Vcc. The drain of the transistor M2 is connected to an inductor L2 having one end connected to the power supply Vcc. The drains of the transistors M1 and M2 are connected via the transistor M1. The sources of the transistors M1 and M2 are connected to the inductor L3. The capacitor C1 and the resistor R2 are connected in parallel, one end is connected to the inductor L3, and the other end is connected to the ground.

単一サイクル発生器は、インダクタL1,L2を負荷とし、その間の相互インダクタンスを利用して差動化している。高い周波数では、中心周波数における1/4スタブを使う。単一サイクル発生器のトランジスタM1,M2のゲートには、相選択器13より選択され出力される多相クロックが入力される。単一サイクル発生器は、トランジスタM1,M2のゲートに入力されるクロックの入力信号i+,i−を、トランジスタM1,M2のドレインから単サイクルパルス(インパルス)の出力信号o+,o−として出力する。なお、出力信号o+、o−の周波数は、インダクタL3と、コンデンサC1、抵抗R2の並列回路との直列共振回路によって決まる。   The single cycle generator uses the inductors L1 and L2 as loads and differentiates them using mutual inductance therebetween. At higher frequencies, use a quarter stub at the center frequency. A multi-phase clock selected and output from the phase selector 13 is input to the gates of the transistors M1 and M2 of the single cycle generator. The single cycle generator outputs clock input signals i + and i− input to the gates of the transistors M1 and M2 from the drains of the transistors M1 and M2 as output signals o + and o− of a single cycle pulse (impulse). . Note that the frequencies of the output signals o + and o− are determined by a series resonant circuit including an inductor L3 and a parallel circuit of a capacitor C1 and a resistor R2.

図4は、単一サイクル発生器の入出力波形を示した図である。
図に示すグラフの横軸(time)は時間を示し、単位はnsである。縦軸(voltage)は電圧を示し、単位はVである。図に示す点線は、トランジスタM1,M2のゲートに入力される入力信号i+,i−を示す。実線は、トランジスタM1,M2のドレインから取り出される出力信号o+,o−の差分((o+)−(o−))の波形を示している。図に示すように、単サイクルパルスの出力信号o+,o−は、入力信号i+,i−のクロックに同期して出力されている。
FIG. 4 is a diagram showing input / output waveforms of the single cycle generator.
The horizontal axis (time) of the graph shown in the figure indicates time, and the unit is ns. The vertical axis (voltage) indicates voltage, and the unit is V. The dotted lines shown in the figure indicate the input signals i + and i− input to the gates of the transistors M1 and M2. The solid line indicates the waveform of the difference ((o +) − (o−)) between the output signals o + and o− extracted from the drains of the transistors M1 and M2. As shown in the figure, the output signals o + and o− of the single cycle pulse are output in synchronization with the clocks of the input signals i + and i−.

次に、多相クロックを出力する回路について説明する。
図5は、PLLのブロック構成図である。
図に示すようにPLL(Phase Locked Loop)は、電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)21、TFF(T−フリップフロップ)22,23、位相検出器(PD:Phase Detection)24、ループフィルタ(LF:Loop F)25、およびレベルシフタ(LS:Level Shifter)26を有している。また、抵抗R3,R4、およびコンデンサC2〜C5を有している。図に示すPLLは、基準信号Frefを4逓倍した周波数の信号を出力する。
Next, a circuit that outputs a multiphase clock will be described.
FIG. 5 is a block diagram of the PLL.
As shown in the figure, a PLL (Phase Locked Loop) includes a voltage controlled oscillator (VCO) 21, TFFs (T-flip flops) 22, 23, a phase detector (PD) 24, a loop filter ( An LF (Loop F) 25 and a level shifter (LS) 26 are provided. Further, resistors R3 and R4 and capacitors C2 to C5 are provided. The PLL shown in the figure outputs a signal having a frequency obtained by multiplying the reference signal Fref by four.

電圧制御発振器21は、PLLの出力電圧(レベルシフタ26の出力電圧)が入力され、その電圧によって発振周波数を制御する。
TFF22,23は、VCOから出力される信号を分周する。TFF22,23は、入力される信号を2分周する。従って、TFF23からは、TFF22に入力される信号を4分周した信号が出力される。
The voltage controlled oscillator 21 receives the output voltage of the PLL (the output voltage of the level shifter 26), and controls the oscillation frequency based on the voltage.
The TFFs 22 and 23 divide the signal output from the VCO. The TFFs 22 and 23 divide the input signal by two. Therefore, a signal obtained by dividing the signal input to the TFF 22 by 4 is output from the TFF 23.

位相検出器24には、基準周波数を持った基準信号Frefと、TFF23から出力される信号とが入力される。位相検出器24は、TFF23から出力される信号の位相と、基準信号Frefの位相との位相差を検出し、その位相差に比例するパルス幅を持つパルス信号を出力する。   A reference signal Fref having a reference frequency and a signal output from the TFF 23 are input to the phase detector 24. The phase detector 24 detects the phase difference between the phase of the signal output from the TFF 23 and the phase of the reference signal Fref, and outputs a pulse signal having a pulse width proportional to the phase difference.

ループフィルタ25は、位相検出器24から出力されるパルス信号の高域を遮断し、位相検出器24から出力される位相差を電圧値に変換する。ループフィルタ25の入出力間には、抵抗R3とコンデンサC3の直列接続にコンデンサC2が並列接続された回路と、抵抗R4とコンデンサC5の直列接続にコンデンサC4が並列接続された回路によりラグ−リードフィルタが構成されている。   The loop filter 25 blocks the high frequency range of the pulse signal output from the phase detector 24 and converts the phase difference output from the phase detector 24 into a voltage value. Between the input and output of the loop filter 25, a circuit in which a capacitor C2 is connected in parallel to a series connection of a resistor R3 and a capacitor C3 and a circuit in which a capacitor C4 is connected in parallel to a series connection of a resistor R4 and a capacitor C5 A filter is configured.

レベルシフタ26は、ループフィルタ25から出力される電圧を適切な電圧レベルに変換して、電圧制御発振器21に出力する。
ところで、分周器(TFF22,23)の回路規模は大きく、特に初段では、高速動作が要求される。そこで、分周器を省略し、電圧制御発振器21の1/4の周波数を持つ参照信号と直接位相比較を行うPLLについて説明する。
The level shifter 26 converts the voltage output from the loop filter 25 into an appropriate voltage level and outputs the converted voltage to the voltage controlled oscillator 21.
By the way, the circuit scale of the frequency dividers (TFFs 22 and 23) is large, and high-speed operation is required particularly in the first stage. Therefore, a description will be given of a PLL that omits the frequency divider and performs a direct phase comparison with a reference signal having a quarter frequency of the voltage controlled oscillator 21.

図6は、分周器を省略したPLLの回路図である。
図に示すようにPLLは、抵抗R5〜R11、コンデンサC6〜C9、およびトランジスタM3〜M12を有している。
FIG. 6 is a circuit diagram of a PLL in which the frequency divider is omitted.
As shown in the figure, the PLL includes resistors R5 to R11, capacitors C6 to C9, and transistors M3 to M12.

トランジスタM9,M10のソース、ドレインには、電圧制御発振器(VCO)27から出力される信号VCO+,VCO−がコンデンサC8,C9を介して入力される。また、トランジスタM9,M10のソース、ドレインは、一端がグランドに接続された抵抗R9,R10に接続されている。トランジスタM9のゲートには、基準周波数を持った基準信号Cref+が入力される。トランジスタM10のゲートには、基準周波数を持った基準信号Cref−が入力される。   Signals VCO + and VCO− output from a voltage controlled oscillator (VCO) 27 are input to the sources and drains of the transistors M9 and M10 via capacitors C8 and C9. The sources and drains of the transistors M9 and M10 are connected to resistors R9 and R10, one end of which is connected to the ground. A reference signal Cref + having a reference frequency is input to the gate of the transistor M9. A reference signal Cref− having a reference frequency is input to the gate of the transistor M10.

トランジスタM9,M10、抵抗R9,R10、およびコンデンサC8,C9は、位相検出器(図中PD)を構成している。位相検出器は、基準信号Cref+,Cref−と、電圧制御発振器27から出力される信号VCO+,VCO−との位相差を検出し、位相差に比例したパルス幅を有するパルス信号を出力する。   Transistors M9 and M10, resistors R9 and R10, and capacitors C8 and C9 constitute a phase detector (PD in the figure). The phase detector detects a phase difference between the reference signals Cref + and Cref− and the signals VCO + and VCO− output from the voltage controlled oscillator 27, and outputs a pulse signal having a pulse width proportional to the phase difference.

トランジスタM5,M6のドレインは、一端が電源Vccに接続された抵抗R5,R6と接続されている。トランジスタM5,M6のドレイン間には、直列接続されたコンデンサC6と抵抗R7に、コンデンサC7が並列接続された回路が挿入されている。トランジスタM5,M6のソースは、トランジスタM7,M8のドレインと接続されている。トランジスタM7,M8のゲートは、互いのドレインと接続されている。トランジスタM7,M8のソースは、トランジスタM9,M10のドレイン、ソースと接続されている。トランジスタM5,M6のゲートには、バイアス電圧Vbが入力される。   The drains of the transistors M5 and M6 are connected to resistors R5 and R6, one end of which is connected to the power supply Vcc. Between the drains of the transistors M5 and M6, a circuit in which a capacitor C7 is connected in parallel to a capacitor C6 and a resistor R7 connected in series is inserted. The sources of the transistors M5 and M6 are connected to the drains of the transistors M7 and M8. The gates of the transistors M7 and M8 are connected to each other's drain. The sources of the transistors M7 and M8 are connected to the drains and sources of the transistors M9 and M10. A bias voltage Vb is input to the gates of the transistors M5 and M6.

トランジスタM5〜M8、抵抗R5〜R7、およびコンデンサC6,C7は、ループフィルタ(図中LF)を構成している。ループフィルタは、位相検出器から出力されるパルス信号の高域を遮断し、位相差を電圧値に変換する。   Transistors M5 to M8, resistors R5 to R7, and capacitors C6 and C7 constitute a loop filter (LF in the figure). The loop filter cuts off the high range of the pulse signal output from the phase detector and converts the phase difference into a voltage value.

トランジスタM3のドレインは、電源Vccと接続されている。トランジスタM3のソースは、トランジスタM11のドレインと接続されている。トランジスタM3のゲートは、ループフィルタのトランジスタM5のドレインと接続されている。トランジスタM11のソースは、一端がグランドに接続された抵抗R8と接続されている。トランジスタM11のゲートは、トランジスタM12のゲートおよびドレインと接続されている。   The drain of the transistor M3 is connected to the power supply Vcc. The source of the transistor M3 is connected to the drain of the transistor M11. The gate of the transistor M3 is connected to the drain of the transistor M5 of the loop filter. The source of the transistor M11 is connected to a resistor R8 having one end connected to the ground. The gate of the transistor M11 is connected to the gate and drain of the transistor M12.

トランジスタM4のドレインは、電源Vccと接続されている。トランジスタM4のソースは、トランジスタM12のドレインと接続されている。トランジスタM4のゲートは、ループフィルタのトランジスタM6のドレインと接続されている。トランジスタM12のソースは、一端がグランドに接続された抵抗R11と接続されている。   The drain of the transistor M4 is connected to the power supply Vcc. The source of the transistor M4 is connected to the drain of the transistor M12. The gate of the transistor M4 is connected to the drain of the transistor M6 of the loop filter. The source of the transistor M12 is connected to a resistor R11 having one end connected to the ground.

トランジスタM3,M4,M11,M12、抵抗R8,R11は、レベルシフタ(図中LS)を構成している。レベルシフタは、ループフィルタから出力される電圧を適切な電圧レベルに変換した電圧Vcを電圧制御発振器27に出力する。   Transistors M3, M4, M11, M12 and resistors R8, R11 constitute a level shifter (LS in the figure). The level shifter outputs a voltage Vc obtained by converting the voltage output from the loop filter into an appropriate voltage level to the voltage controlled oscillator 27.

電圧制御発振器27は、レベルシフタから出力される電圧Vcに応じて、発振周波数を制御し、信号VCO+,VCO−に出力する。
電圧制御発振器27には、平衡型電圧制御発振器と多相電圧制御発振器がある。まず、平衡型の電圧制御発振器について説明する。
The voltage controlled oscillator 27 controls the oscillation frequency according to the voltage Vc output from the level shifter, and outputs it to the signals VCO + and VCO−.
The voltage controlled oscillator 27 includes a balanced voltage controlled oscillator and a multiphase voltage controlled oscillator. First, a balanced voltage controlled oscillator will be described.

図7は、平衡型の電圧制御発振器の回路図である。
図に示すように電圧制御発振器は、トランジスタM13,M14、抵抗R12,R13、コンデンサC10,C11、インダクタL4,L5、およびダイオードD1,D2を有している。
FIG. 7 is a circuit diagram of a balanced voltage controlled oscillator.
As shown in the figure, the voltage controlled oscillator includes transistors M13 and M14, resistors R12 and R13, capacitors C10 and C11, inductors L4 and L5, and diodes D1 and D2.

トランジスタM13,M14のドレインは、一端が電源Vccに接続されたインダクタL4,L5と接続されている。トランジスタM13,M14のソースは、一端がグランドに接続された抵抗R12,R13と接続されている。トランジスタM13,M14のゲートは、互いのドレインと接続されている。   The drains of the transistors M13 and M14 are connected to inductors L4 and L5 whose one ends are connected to the power supply Vcc. The sources of the transistors M13 and M14 are connected to resistors R12 and R13, one end of which is connected to the ground. The gates of the transistors M13 and M14 are connected to each other's drain.

コンデンサC10,C11は、トランジスタM13,M14のドレイン−ソース間に接続されている。
ダイオードD1のアノードは、トランジスタM13のソースと接続されている。ダイオードD2のアノードは、トランジスタM14のソースと接続されている。ダイオードD1,D2のカソードは互いに接続され、レベルシフタから出力される電圧Vcが入力される。トランジスタM13,M14のドレインからは、電圧Vcに応じた周波数の信号VCO+,VCO−が出力される。なお、ダイオードD1,D2は、バラクタダイオードを用いる。
Capacitors C10 and C11 are connected between the drains and sources of the transistors M13 and M14.
The anode of the diode D1 is connected to the source of the transistor M13. The anode of the diode D2 is connected to the source of the transistor M14. The cathodes of the diodes D1 and D2 are connected to each other, and the voltage Vc output from the level shifter is input. From the drains of the transistors M13 and M14, signals VCO + and VCO− having a frequency corresponding to the voltage Vc are output. The diodes D1 and D2 are varactor diodes.

多相電圧制御発振器について説明する。
図8は、多相電圧制御発振器の回路図である。
図に示すように多相電圧制御発振器は、回路28a〜28nを有している。回路28a〜28nは、ダイオードD3,D4と抵抗R15、ダイオードD5,D6と抵抗R16、ダイオードD7,D8と抵抗R17、…を介して、互いに接続されている。
A multiphase voltage controlled oscillator will be described.
FIG. 8 is a circuit diagram of a multiphase voltage controlled oscillator.
As shown in the figure, the multiphase voltage controlled oscillator includes circuits 28a to 28n. The circuits 28a to 28n are connected to each other via diodes D3 and D4 and a resistor R15, diodes D5 and D6 and a resistor R16, diodes D7 and D8 and a resistor R17,.

回路28aは、トランジスタM15、抵抗R14、インダクタL6、コンデンサC12、および電流源I1を有している。トランジスタM15のドレインは、一端が電源Vccに接続された抵抗R14と接続されている。トランジスタM15のソースは、一端がグランドに接続された電流源I1と接続されている。トランジスタM15のゲートは、直列接続されたインダクタL6とコンデンサC12の接続点と接続されている。インダクタL6のコンデンサC12と接続されていない端子には、バイアス電圧Vbが入力される。コンデンサC12のインダクタと接続されていない端子は、トランジスタM15のソースと接続されている。なお、図示してないが、回路28b〜28nも回路28aと同様の回路構成を有する。   The circuit 28a includes a transistor M15, a resistor R14, an inductor L6, a capacitor C12, and a current source I1. The drain of the transistor M15 is connected to a resistor R14 having one end connected to the power supply Vcc. The source of the transistor M15 is connected to a current source I1 having one end connected to the ground. The gate of the transistor M15 is connected to the connection point of the inductor L6 and the capacitor C12 connected in series. A bias voltage Vb is input to a terminal of the inductor L6 that is not connected to the capacitor C12. The terminal of the capacitor C12 that is not connected to the inductor is connected to the source of the transistor M15. Although not shown, the circuits 28b to 28n have the same circuit configuration as the circuit 28a.

回路28a〜28nには、抵抗R15〜R17、…と、ダイオードD3〜D8、…を介して、レベルシフタから出力される電圧Vcが入力される。回路28a〜28nは、電圧Vcに応じた周波数で、かつ各々位相が異なる多相クロックO0,O1,…,On−1を出力する。なお、多相クロックO0,O1,…,On−1の周波数は、無線信号の同期をとるためのクロックであるので、無線信号の中心周波数より遅くてよいが、無線信号が出力されるタイミングの周波数より速くする必要がある。   A voltage Vc output from the level shifter is input to the circuits 28a to 28n via resistors R15 to R17,... And diodes D3 to D8,. The circuits 28a to 28n output multiphase clocks O0, O1,..., On-1 having a frequency corresponding to the voltage Vc and different phases. The frequencies of the multiphase clocks O0, O1,..., On-1 are clocks for synchronizing the radio signal, and may be slower than the center frequency of the radio signal, but the timing at which the radio signal is output. Need to be faster than frequency.

以上、図7に示した平衡型電圧制御発振器と、図8に示した多相電圧制御発振器とを図6の電圧制御発振器27に用いることにより、多相クロックを生成することができる。具体的には、平衡型電圧制御発振器を用いたPLLより外部の、例えば、62.5MHzのTCXO出力(水晶発振器より発振された信号)を4逓倍して250MHzの内部の平衡基準周波数源を得る。そして、この出力をさらに多相電圧制御発振器を用いたPLLより4逓倍して1GHzの多相クロックを得ることができる。   As described above, by using the balanced voltage controlled oscillator shown in FIG. 7 and the multiphase voltage controlled oscillator shown in FIG. 8 for the voltage controlled oscillator 27 of FIG. 6, a multiphase clock can be generated. Specifically, for example, a 62.5 MHz TCXO output (signal oscillated from a crystal oscillator) is multiplied by 4 outside a PLL using a balanced voltage controlled oscillator to obtain an internal balanced reference frequency source of 250 MHz. . This output can be further multiplied by 4 from a PLL using a multiphase voltage controlled oscillator to obtain a 1 GHz multiphase clock.

図6〜図8で示した回路は、一体化された半導体基板上で形成することができるので、基板面積および消費電力を削減することができる。
なお、平衡型電圧制御発振器のPLLを用いることなく、多相電圧制御発振器のPLLのみで所望の多相クロックを得るようにしてもよい。
Since the circuits shown in FIGS. 6 to 8 can be formed over an integrated semiconductor substrate, the substrate area and power consumption can be reduced.
Note that a desired multiphase clock may be obtained by using only the PLL of the multiphase voltage controlled oscillator without using the PLL of the balanced voltage controlled oscillator.

次に、相選択器13について説明する。
図9は、相選択器の回路図である。
図に示すように相選択器は、デコーダ(DEC)30a、フリップフロップ回路(FF)30b、およびセレクタ30cから構成されている。また、図には、図6〜図8で説明したPLL30d、および図3で説明した単一サイクル発生器30eが示してある。
Next, the phase selector 13 will be described.
FIG. 9 is a circuit diagram of the phase selector.
As shown in the figure, the phase selector includes a decoder (DEC) 30a, a flip-flop circuit (FF) 30b, and a selector 30c. Further, the figure shows the PLL 30d described in FIGS. 6 to 8 and the single cycle generator 30e described in FIG.

デコーダ30aには、コード拡散器12から出力される、コード拡散された送信データが入力される。デコーダ30aは、コード拡散された送信データに基づいて、セレクタ30cのスイッチをオン/オフするための信号をフリップフロップ回路30bに出力する。   Code-spread transmission data output from the code spreader 12 is input to the decoder 30a. Based on the code-spread transmission data, the decoder 30a outputs a signal for turning on / off the selector 30c to the flip-flop circuit 30b.

PLL30dは、多相クロックをセレクタ30cに出力している。また、PLL30dは、多相クロックの2つをフリップフロップ回路30bに出力している。
フリップフロップ回路30bは、一方の多相クロックの入力により、デコーダ30aから出力される信号を入力し、もう一方の多相クロックの入力により、デコーダ30aから出力される信号の入力を確定する。フリップフロップ回路30bは、多相クロックの異なる位相のタイミングによって、信号の入出力を確実に行うことができる。
The PLL 30d outputs a multiphase clock to the selector 30c. The PLL 30d outputs two of the multiphase clocks to the flip-flop circuit 30b.
The flip-flop circuit 30b receives a signal output from the decoder 30a by the input of one multiphase clock, and determines the input of the signal output from the decoder 30a by an input of the other multiphase clock. The flip-flop circuit 30b can reliably input and output signals according to the timing of different phases of the multiphase clock.

セレクタ30cは、複数のスイッチを有している。セレクタ30cは、フリップフロップ回路30bから出力される信号に応じて、スイッチをオン/オフし、PLL30dから出力される多相クロックを単一サイクル発生器30eに出力する。   The selector 30c has a plurality of switches. The selector 30c turns on / off the switch according to the signal output from the flip-flop circuit 30b, and outputs the multiphase clock output from the PLL 30d to the single cycle generator 30e.

このように、相選択器は、コード拡散された送信データに基づいて、PLL30dから出力される多相クロックを選択し、単一サイクル発生器30eに出力する。そして、単一サイクル発生器30eからは、選択された多相クロックに同期した単サイクルパルスが出力される。単サイクルパルスは、図2のBPF15に出力され、アンテナ16を介して受信機に送信される。   In this manner, the phase selector selects the multiphase clock output from the PLL 30d based on the code-spread transmission data and outputs it to the single cycle generator 30e. The single cycle generator 30e outputs a single cycle pulse synchronized with the selected multiphase clock. The single cycle pulse is output to the BPF 15 in FIG. 2 and transmitted to the receiver via the antenna 16.

ここで、コンボルバについて説明する。
図10は、コンボルバの構成図である。
図に示すようにコンボルバは、データバス31、デコーダ32a,32b、メモリ(MEMORY/FIFO(First In First Out))33a,33b、DAC(Digital Analog Converter)34a,34b、導電部35a,35b、およびIDT(InterDigital Transducer)36を有している。また、導電部35a,35bの出力にはアンプ37、コンデンサC13,C14、およびスイッチSW1,SW2により構成された積分回路が接続されている。
Here, the convolver will be described.
FIG. 10 is a configuration diagram of the convolver.
As shown, the convolver includes a data bus 31, decoders 32a and 32b, memories (MEMORY / FIFO (First In First Out)) 33a and 33b, DACs (Digital Analog Converter) 34a and 34b, conductive portions 35a and 35b, and An IDT (InterDigital Transducer) 36 is provided. Further, an amplifier 37, capacitors C13 and C14, and an integrating circuit constituted by switches SW1 and SW2 are connected to the outputs of the conductive portions 35a and 35b.

データバス31には、第1の信号が出力され、デコーダ32a,32bにはアドレスが出力される。デコーダ32a,32bは、アドレスによって選択されると、データバス31に出力されている、第1の信号をメモリ33a,33bに出力する。メモリ33a,33bは、デコーダ32a,32bから出力されている第1の信号を保持し、DAC34a,34bに出力する。DAC34a,34bは、メモリ33a,33bから出力される第1の信号の各ビットの電圧値を、導電部35a,35bにアナログ変換して出力する。   A first signal is output to the data bus 31, and an address is output to the decoders 32a and 32b. When selected by the address, the decoders 32a and 32b output the first signal output to the data bus 31 to the memories 33a and 33b. The memories 33a and 33b hold the first signal output from the decoders 32a and 32b and output it to the DACs 34a and 34b. The DACs 34a and 34b convert the voltage value of each bit of the first signal output from the memories 33a and 33b into analog signals to the conductive portions 35a and 35b, and output the result.

導電部35a,35bには、複数の歪み抵抗素子(歪み抵抗ストライプ)が設けられ、DAC34a,34bから出力される電圧が入力される。
IDT36には、第2の信号が入力される。IDT36に入力される第2の信号は、歪み抵抗ストライプに対し垂直となるように、導電部35a,35bを表面弾性波として伝搬していく。表面弾性波は、IDT36から離れるほど減衰する。そのため、DAC34a,34bにおいて、第1の信号のビットの電圧値を、導電部35a,35bのIDT36から離れるほど大きくなるようにデジタルまたはアナログ補正することが可能である。
A plurality of strain resistance elements (strain resistance stripes) are provided in the conductive portions 35a and 35b, and voltages output from the DACs 34a and 34b are input thereto.
The second signal is input to the IDT 36. The second signal input to the IDT 36 propagates as surface acoustic waves through the conductive portions 35a and 35b so as to be perpendicular to the strain resistance stripe. The surface acoustic wave attenuates as the distance from the IDT 36 increases. Therefore, in the DACs 34a and 34b, it is possible to perform digital or analog correction so that the voltage value of the bit of the first signal increases as the distance from the IDT 36 of the conductive portions 35a and 35b increases.

導電部35a,35bは、IDT36の両側に設けられている。そして、それぞれの導電部35a,35bに、DAC34a,34b、メモリ33a,33b、およびデコーダ32a,32bが設けられている。これは、IDT36に入力される第2の信号が、正相と逆相の場合において、表面弾性波の導電部35a,35bへの伝搬が分かれるためである。例えば、導電部35aには正相の表面弾性波が伝搬する。導電部35bには逆相の表面弾性波が伝搬する。   The conductive portions 35a and 35b are provided on both sides of the IDT 36. Each of the conductive portions 35a and 35b is provided with DACs 34a and 34b, memories 33a and 33b, and decoders 32a and 32b. This is because the propagation of the surface acoustic wave to the conductive portions 35a and 35b is separated when the second signal input to the IDT 36 is in the positive phase and the reverse phase. For example, a positive-phase surface acoustic wave propagates through the conductive portion 35a. Reverse-phase surface acoustic waves propagate through the conductive portion 35b.

アンプ37、コンデンサC13,C14、およびスイッチSW1,SW2により構成された積分回路は、導電部35a,35bの歪み抵抗ストライプに印加される電圧と、歪み抵抗ストライプを伝搬していく表面弾性波との積の総和を一定期間積分して出力する。   The integrating circuit composed of the amplifier 37, the capacitors C13 and C14, and the switches SW1 and SW2 includes a voltage applied to the strain resistance stripes of the conductive portions 35a and 35b and a surface acoustic wave propagating through the strain resistance stripes. The product sum is integrated for a certain period and output.

コンボルバは、送信データの拡散、受信信号の逆拡散、コード相関器、波形相関、波形発生に使うことができる。例えば、図2の送信機では、送信データと逆拡散コードを第1の信号、第2の信号としてコンボルバに入力することによって、コード拡散器として使うことができる。このとき、一方の信号をアナログ変換してIDT36に出力する必要がある。また、後述するが、例えば、受信機において、パルス相関器として使うことができる。   The convolver can be used for transmission data spreading, reception signal despreading, code correlator, waveform correlation, and waveform generation. For example, the transmitter of FIG. 2 can be used as a code spreader by inputting transmission data and a despreading code as a first signal and a second signal to a convolver. At this time, one of the signals needs to be converted into an analog signal and output to the IDT 36. As will be described later, for example, it can be used as a pulse correlator in a receiver.

一般に表面弾性波あるいは表面付近の疎密波を利用したコンボルバは次のように構成される。2つの信号入力端子を持ち、機械振動による遅延線に一方の信号を通し遅延線上に得られる多数の遅延信号と、もう一方の信号との積の総和を出力する。これを実現する方法として、遅延線の両端から第1の信号と第2の信号に対応した互いに対抗する波を発生し、遅延線自体の非線形性を利用して積の総和を1つの電極から得る方法がある。また、多数のIDT電極で各遅延波を電気信号に変換した後に、ダイオード等による非線形素子により積信号を得てその総和を出力する方法がある。しかし、ともに遅延線上での信号の減衰が大きい。   In general, a convolver using surface acoustic waves or dense waves near the surface is configured as follows. It has two signal input terminals, passes one signal through a delay line caused by mechanical vibration, and outputs the sum of products of a number of delayed signals obtained on the delay line and the other signal. As a method for realizing this, waves opposite to each other corresponding to the first signal and the second signal are generated from both ends of the delay line, and the sum of products is obtained from one electrode by utilizing the nonlinearity of the delay line itself. There is a way to get it. Further, there is a method in which each delayed wave is converted into an electrical signal by a large number of IDT electrodes, and then a product signal is obtained by a non-linear element such as a diode and the sum is output. However, the signal attenuation on the delay line is large.

別の実現方法として、一方の入力のみ遅延線の一方から与え、もう一方の入力を電気信号で与える方法がある。多数のIDT電極で電気信号に変換した遅延信号を得て各遅延信号と第2の信号(電気信号)を、各々積をとりそれらの総和を出力する。   As another realization method, there is a method in which only one input is given from one of the delay lines and the other input is given by an electric signal. A delayed signal converted into an electrical signal by a large number of IDT electrodes is obtained, each delayed signal and the second signal (electric signal) are multiplied, and the sum of them is output.

図10で説明したコンボルバでは、第1の信号の進行波が導電部35a,35bに発生する。そして、この進行方向を横切る多数の歪み抵抗ストライプの各一端に第2の信号を与え、各歪み抵抗素子の他端に現れる信号の総和を出力している。   In the convolver described with reference to FIG. 10, the traveling wave of the first signal is generated in the conductive portions 35a and 35b. Then, a second signal is applied to each one end of a number of strain resistance stripes crossing the traveling direction, and the sum of signals appearing at the other end of each strain resistance element is output.

導電領域である導電部35a,35bは、シリコン、GaAs、またはInPの半導体表面付近に縞状もしくは細線状に形成する。このためには、I.I.(Ion Implantation)または選択エピタキシャル技術を使用する。シリコンの場合、反対導電体基板またはwell上に形成するのが好ましく、一般に用いられるLOCOS(Local Oxidation of Silicon)技術におけるFOX(Field Oxide)による素子分離では、表面波の損失と散乱をきたす。そして、導電体パターン間隔の最小値を律するので、本コンボルバをCMOS回路とともに集積する場合には、この部分にはFOXを使わずに、I.I.等による半導体接合分離を用いることが望ましい。IDTは、半導体表面上あるいはエッチングにより形成したリセス部分に強誘電体を実装し、強誘電体の表面に対向した金属薄膜の電極を形成し製作する。   The conductive portions 35a and 35b, which are conductive regions, are formed in a striped or fine line shape near the semiconductor surface of silicon, GaAs, or InP. For this purpose, I.I. I. (Ion Implantation) or selective epitaxial techniques are used. In the case of silicon, it is preferably formed on an opposite conductor substrate or well, and element separation by FOX (Field Oxide) in the LOCOS (Local Oxidation of Silicon) technology generally used causes loss and scattering of surface waves. Since the minimum value of the conductor pattern interval is determined, when this convolver is integrated with a CMOS circuit, FOX is not used in this portion. I. It is desirable to use semiconductor junction isolation by means of, for example. The IDT is manufactured by mounting a ferroelectric on a semiconductor surface or a recess formed by etching, and forming a metal thin film electrode facing the surface of the ferroelectric.

なお、導電領域がストライプ上に並んだ部分の外側には、次のような反射防止構造を設けることができる。接地したIDTを配置する。半導体表面上で無害な領域に反射させる構造に形成する(これは、FOXの斜めパターンまたは基板表面に段差を設けることで実現される)。または、導電領域とは異なる弾性波の伝搬速度をもつ、異なる不純物添加領域を複数設ける。   The following antireflection structure can be provided outside the portion where the conductive regions are arranged on the stripe. Place a grounded IDT. It is formed in a structure that reflects to an innocuous region on the semiconductor surface (this is realized by providing an oblique FOX pattern or a step on the substrate surface). Alternatively, a plurality of different impurity-added regions having an acoustic wave propagation velocity different from that of the conductive region are provided.

化合物半導体を用いる場合には、半絶縁性基板が用いられる。この場合、縞状もしくは細線状の、半導体ストライプの導電領域群の脇に、例えば、ZnO、LiNbO、またはKNbOを形成し、その上に、例えば、アルミニウムの金属で対向するくし型の薄膜パターンのIDTを形成する。大きなピエゾ効果を示す化合物半導体、特にGaAsやGaNで遅延線と歪み抵抗ストライプを作る場合には、強誘電体層を別途設ける必要はなく、これらの半導体表面に直接金属薄膜パターンのIDTを形成すればよい。なお、各導電領域のSAW(Surface Acoustic Wave)の進行方向に直行する向きの片側には第2の信号が与えられ、もう片側は第1の信号と第2の信号の積が出力される。 When a compound semiconductor is used, a semi-insulating substrate is used. In this case, for example, ZnO, LiNbO 3 , or KNbO 3 is formed beside the stripe-shaped or fine-line-shaped semiconductor stripe conductive region group, and the comb-shaped thin film is opposed to the aluminum metal by, for example, aluminum. A pattern IDT is formed. In the case of making a delay line and a strain resistance stripe with a compound semiconductor exhibiting a large piezo effect, especially GaAs or GaN, it is not necessary to separately provide a ferroelectric layer, and an IDT of a metal thin film pattern is directly formed on the surface of these semiconductors. That's fine. Note that the second signal is given to one side of each conductive region in the direction orthogonal to the SAW (Surface Acoustic Wave) traveling direction, and the product of the first signal and the second signal is outputted to the other side.

表面弾性波は半導体ストライプを横切って伝搬する。半導体ストライプの電気伝導度はピエゾ抵抗効果により変調を受け、例えば、各ストライプの一端から供給されるフィルタ係数と、表面弾性波のコンボリューションが他端から読み出される。表面弾性波の減衰分をフィルタ係数で補正することができる。   Surface acoustic waves propagate across the semiconductor stripe. The electrical conductivity of the semiconductor stripe is modulated by the piezoresistive effect. For example, the filter coefficient supplied from one end of each stripe and the convolution of the surface acoustic wave are read from the other end. The attenuation amount of the surface acoustic wave can be corrected by the filter coefficient.

図10において、第2の信号は、各導電部35a,35bに分配され、電圧として与えられる。具体的には、8ビットのFIFOのメモリ33a,33bに、トランスバーサルフィルタ係数、拡散コード、または逆拡散コードを、データバス31とデコーダ32a,32bにより書き込む。各導電部35a,35bごとに設けたR2R型のDAC34a,34bにより、トランスバーサルフィルタ係数、拡散コード、または逆拡散コードがアナログ電圧として各導電部35a,35bに供給される。   In FIG. 10, the second signal is distributed to the respective conductive portions 35a and 35b and is given as a voltage. Specifically, transversal filter coefficients, spreading codes, or despreading codes are written into 8-bit FIFO memories 33a and 33b by data bus 31 and decoders 32a and 32b. A transversal filter coefficient, a spread code, or a despread code is supplied as an analog voltage to each of the conductive portions 35a and 35b by the R2R type DACs 34a and 34b provided for each of the conductive portions 35a and 35b.

第1の信号は、IDT36により表面波となり、IDT36の両側に伝搬する。このとき、IDT36の金属薄膜のパターン間隔が、第1の信号の中心周波数の1/2波長で、その数が偶数であれば、IDT36の左右に伝播する波の位相は、IDT36からの距離が等しいところで逆になっている。第1の信号を表面波に変換するこのようなIDT36の両側に導電領域を設け、第2の信号を双方に相補的に与えておき、両側の出力を差し引くことにより、コンボリューション出力を得ることができる。これを応用すると、IDT36の両側に伝搬する波を有効に使える。また、両側に導電部35a,35bの起点を半波長ずらし、導電体ストライプ間隔を1波長とすれば、加工精度に余裕を持たせながらナイキスト・サンプリング処理が可能となる。   The first signal becomes a surface wave by the IDT 36 and propagates to both sides of the IDT 36. At this time, if the pattern interval of the metal thin film of the IDT 36 is ½ wavelength of the center frequency of the first signal and the number thereof is an even number, the phase of the wave propagating to the left and right of the IDT 36 is the distance from the IDT 36. It is reversed at the same place. A convolution output is obtained by providing conductive regions on both sides of such an IDT 36 that converts the first signal into surface waves, giving the second signal complementary to both, and subtracting the outputs on both sides. Can do. When this is applied, waves propagating on both sides of the IDT 36 can be used effectively. Further, if the starting points of the conductive portions 35a and 35b are shifted by half a wavelength on both sides and the conductor stripe interval is set to one wavelength, the Nyquist sampling process can be performed with a sufficient processing accuracy.

第1の信号としてトランスバーサルフィルタ係数を与え、所望のタイミングで第2の信号として単一パルスを与えることにより、波形マルチプレックス、さらには周波数ドメインにおいて、任意の電力スペクトル密度を与える波形の発生が可能である。   By giving a transversal filter coefficient as the first signal and a single pulse as the second signal at a desired timing, the waveform multiplex and the generation of a waveform giving an arbitrary power spectral density in the frequency domain can be generated. Is possible.

従来のSAW遅延線では、第1の信号をIDTで表面波に変換し、これを別の場所に設置した別のIDT(ここでは受信側IDTと呼ぶ)で電気信号に変換した後に第2の信号との演算を行う。この受信側IDTの間隔dは、表面波の波長の1/4が適している。図10に示す導電体ストライプ(歪み抵抗ストライプ)の間隔はこれに限らずおよそ1/4程度以上の間隔があればよい。導電体ストライプの開始位置を、例えば、d/n(n:整数)だけずらして作成したn個のコンボルバを並列に接続することにより、より細かい係数の設定が可能である(n次オーバサンプリング)。従来の強誘電体を用いるSAW素子では、表面波の伝搬速度は3000〜6000m/sの程度であり、扱うことが可能な信号の周波数成分の上限はIDTの加工精度で決まる。d=0.5μmとするとf=v/λ=v/4d=1.5GHz〜3GHzとなる。なお、vは表面波の伝搬速度、λは表面波の波長である。   In the conventional SAW delay line, the first signal is converted into a surface wave by the IDT, and the second signal is converted into an electric signal by another IDT (herein referred to as a receiving-side IDT) installed at a different location. Perform operations with signals. The interval d of the receiving side IDT is suitably ¼ of the wavelength of the surface wave. The distance between the conductor stripes (strain resistance stripes) shown in FIG. 10 is not limited to this, and may be about 1/4 or more. A finer coefficient can be set by connecting n convolvers created by shifting the starting position of the conductor stripe by, for example, d / n (n: integer) in parallel (n-order oversampling). . In a conventional SAW element using a ferroelectric material, the propagation speed of the surface wave is about 3000 to 6000 m / s, and the upper limit of the frequency component of the signal that can be handled is determined by the processing accuracy of the IDT. When d = 0.5 μm, f = v / λ = v / 4d = 1.5 GHz to 3 GHz. Note that v is the propagation speed of the surface wave, and λ is the wavelength of the surface wave.

図2の動作を説明する。
図2に示すコード拡散器12は、コード発生器11より発生される拡散コードにより、送信データを拡散する。
The operation of FIG. 2 will be described.
The code spreader 12 shown in FIG. 2 spreads transmission data using the spreading code generated by the code generator 11.

相選択器13は、図6〜8で示したPLLによって生成される多相クロックを、コード拡散された送信データに基づいて選択し、波形発生器14に出力する。
波形発生器14は、図3で示した単一サイクル発生器により、選択された多相クロックを単サイクルパルスの信号に変換する。単一サイクル発生器から出力される単サイクルパルスは、BPF15によって許容帯域だけが取り出される。BPF15から出力される送信信号は、アンテナ16によって受信機に送信される。
The phase selector 13 selects a multi-phase clock generated by the PLL shown in FIGS. 6 to 8 based on the code-spread transmission data and outputs it to the waveform generator 14.
The waveform generator 14 converts the selected multiphase clock into a single cycle pulse signal by the single cycle generator shown in FIG. Only a permissible band is taken out by the BPF 15 from the single cycle pulse output from the single cycle generator. A transmission signal output from the BPF 15 is transmitted to the receiver by the antenna 16.

タイミングチャートを用いて説明する。
図11は、送信機のタイミングチャートを示した図である。
図に示す送信データは、図2に示すコード拡散器12に入力される送信データを示す。送信データ上に示す1,0,1,1,…は、送信データのビット値を示している。拡散コードは、コード発生器11から出力される拡散コードを示す。拡散コード上に示す1,0,3,2,…は、拡散コードの10進数値を示している。ここでは、拡散コードは2ビットである。クロックphi0,phi1,…,phi15は、図2の相選択器13に入力される多相クロックを示している。ここでは、相選択器13は、クロックphi0〜phi3を拡散された送信データに基づいて1つ選択し、出力するものとする。なお、クロックphi0〜phi3の周波数は、出力波形(送信信号)の同期をとるためのクロックであるので、出力波形の中心周波数より低くてよく、簡単には無線信号が出力されるタイミング、すなわちチップ周波数とする。出力波形は、図2の波形発生器14から出力される無線信号の波形を示している。
This will be described using a timing chart.
FIG. 11 is a diagram illustrating a timing chart of the transmitter.
The transmission data shown in the figure indicates transmission data input to the code spreader 12 shown in FIG. 1, 0, 1, 1,... Shown on the transmission data indicate the bit values of the transmission data. The spreading code indicates a spreading code output from the code generator 11. 1, 0, 3, 2,... Shown on the spreading code indicate decimal values of the spreading code. Here, the spreading code is 2 bits. Clocks phi0, phi1,... Phi15 indicate multiphase clocks input to the phase selector 13 in FIG. Here, the phase selector 13 selects and outputs one of the clocks phi0 to phi3 based on the spread transmission data. Note that the frequencies of the clocks phi0 to phi3 are clocks for synchronizing the output waveform (transmission signal), and therefore may be lower than the center frequency of the output waveform. The frequency. The output waveform indicates the waveform of the radio signal output from the waveform generator 14 of FIG.

送信データは、コード拡散器12により2ビットの拡散コードで拡散される。相選択器13は、図に示すように、位相が異なるクロックphi0〜phi3を、コード拡散された送信データに基づいて選択し、波形発生器14に出力する。波形発生器14は、図3に示した単一サイクル発生器によって、選択されたクロックを図の出力波形に示すように単サイクルパルスの信号にして出力する。単サイクルパルスの信号は、クロックphi0〜phi3に同期して出力されるので、それぞれ位相が異なって出力される。   The transmission data is spread by the code spreader 12 with a 2-bit spreading code. As shown in the figure, the phase selector 13 selects clocks phi0 to phi3 having different phases based on the code-spread transmission data, and outputs the selected data to the waveform generator 14. The waveform generator 14 outputs the clock selected by the single cycle generator shown in FIG. 3 as a single cycle pulse signal as shown in the output waveform of the figure. Since single-cycle pulse signals are output in synchronization with the clocks phi0 to phi3, they are output with different phases.

単一サイクル発生器から出力される単サイクルパルスの信号は、BPF15に出力され、アンテナ16から受信機に送信される。
3bit目以降の上位の拡散コードをデータのシーケンスとして用いる。
A single cycle pulse signal output from the single cycle generator is output to the BPF 15 and transmitted from the antenna 16 to the receiver.
The upper spreading code after the third bit is used as a data sequence.

次に、受信機について説明する。
図12は、受信機のブロック構成図である。
図に示すように受信機は、アンテナ41、BPF42、コード発生器43、コード拡散器44、相選択器45、波形発生器46、パルス相関器47、パルス列積分器48、および比較器49を有している。受信機は、例えば、搬送波を必要としないUWB通信を行い、図2で示した送信機とミリ波帯の通信を行う。
Next, the receiver will be described.
FIG. 12 is a block diagram of the receiver.
As shown in the figure, the receiver has an antenna 41, a BPF 42, a code generator 43, a code spreader 44, a phase selector 45, a waveform generator 46, a pulse correlator 47, a pulse train integrator 48, and a comparator 49. is doing. For example, the receiver performs UWB communication that does not require a carrier wave, and performs communication in the millimeter wave band with the transmitter illustrated in FIG.

アンテナ41は、送信機から送信される無線信号を受信する。BPF42は、アンテナ41により受信された無線信号の所要帯域だけを取り出す。
コード発生器43は、受信信号(アンテナ41によって受信された無線信号)を逆拡散するための逆拡散コードを発生する。
The antenna 41 receives a radio signal transmitted from the transmitter. The BPF 42 extracts only the required band of the radio signal received by the antenna 41.
The code generator 43 generates a despreading code for despreading the received signal (the radio signal received by the antenna 41).

コード拡散器44は、コード発生器43から出力される逆拡散コードを展開拡散し、波形発生器46に出力する。
相選択器45には、位相の異なった複数の多相クロックが入力される。この多相クロックは、送信機で生成される多相クロックと同じ周波数、位相を有する。相選択器45は、入力される多相クロックを、コード拡散器44から出力される逆拡散コードに基づいて選択し、出力する。
The code spreader 44 expands and spreads the despread code output from the code generator 43 and outputs it to the waveform generator 46.
The phase selector 45 receives a plurality of multiphase clocks having different phases. This multiphase clock has the same frequency and phase as the multiphase clock generated by the transmitter. The phase selector 45 selects and outputs the input multiphase clock based on the despread code output from the code spreader 44.

波形発生器46には、相選択器45より選択されたクロックが入力される。波形発生器46は、逆拡散コードを相選択器45で選択されたクロックに同期した、単サイクルパルス信号を出力する。   The waveform generator 46 receives the clock selected by the phase selector 45. The waveform generator 46 outputs a single cycle pulse signal in which the despread code is synchronized with the clock selected by the phase selector 45.

パルス相関器47は、BPF42から出力される受信信号と、波形発生器46から出力される単サイクルパルスとの相関値を出力する。受信信号の波形(位相)と、単サイクルパルスの波形(位相)が一致したとき、相関値は最も大きくなる。   The pulse correlator 47 outputs a correlation value between the reception signal output from the BPF 42 and the single cycle pulse output from the waveform generator 46. When the waveform (phase) of the received signal matches the waveform (phase) of the single cycle pulse, the correlation value becomes the largest.

パルス列積分器48は、例えば、スロットなど、繰り返し同じ受信信号が送られてくる場合に、繰り返し送られてくる受信信号の同じタイミングにおける相関値を積分していく。これによって、同じタイミングに相関値が出力されれば、そのタイミングにおける相関値は1シンボル期間累積的に大きくなっていく。   For example, when the same received signal is repeatedly transmitted, such as a slot, the pulse train integrator 48 integrates the correlation value at the same timing of the received signal repeatedly transmitted. Thus, if a correlation value is output at the same timing, the correlation value at that timing increases cumulatively for one symbol period.

比較器49は、パルス列積分器48により積分された相関値がピークに達するシンボル周期ごとに受信信号を出力する。
次に、図12の個々のブロックを実現する回路について説明する。
The comparator 49 outputs a received signal for each symbol period in which the correlation value integrated by the pulse train integrator 48 reaches a peak.
Next, a circuit for realizing each block in FIG. 12 will be described.

相選択器45に入力される多相クロックは、図6〜8で示したのと同じPLLによって生成される。相選択器45は、図9で示した回路によって構成される。図9においては、コード拡散器44から出力される逆拡散コードはデコーダ30aに入力される。   The multi-phase clock input to the phase selector 45 is generated by the same PLL as shown in FIGS. The phase selector 45 is configured by the circuit shown in FIG. In FIG. 9, the despread code output from the code spreader 44 is input to the decoder 30a.

波形発生器46は、図3で示した単一サイクル発生器によって構成される。相選択器45から出力されるクロックは、単一サイクル発生器に入力信号i+,i−として入力される。単一サイクル発生器は、図4と同じように、単サイクルパルスの波形の出力信号o+,o−を出力する。   The waveform generator 46 is constituted by the single cycle generator shown in FIG. The clock output from the phase selector 45 is input to the single cycle generator as input signals i + and i−. The single cycle generator outputs output signals o + and o− having a waveform of a single cycle pulse as in FIG.

パルス相関器47は、例えば、図10で示したコンボルバによって構成される。ただし、コンボルバのデータバス31には、BPF42から出力される受信信号がA/D変換されて出力される。IDT36には、波形発生器46から出力される単サイクルパルスが入力される。コンボルバの積分回路からは、受信信号と単サイクルパルスの相関値が出力される。   The pulse correlator 47 is configured by, for example, a convolver shown in FIG. However, the reception signal output from the BPF 42 is A / D converted and output to the data bus 31 of the convolver. A single cycle pulse output from the waveform generator 46 is input to the IDT 36. From the integration circuit of the convolver, a correlation value between the received signal and the single cycle pulse is output.

次に、図12の動作について説明する。
図12に示すコード拡散器44は、コード発生器43より発生される逆拡散コードを拡散する。
Next, the operation of FIG. 12 will be described.
The code spreader 44 shown in FIG. 12 spreads the despread code generated from the code generator 43.

相選択器45は、PLLによって生成される多相クロックを、コード拡散器44から出力される逆拡散コードに基づいて選択し、波形発生器46に出力する。
波形発生器46は、単一サイクル発生器により、選択されたクロックを単サイクルパルスの信号に変換する。
The phase selector 45 selects a multiphase clock generated by the PLL based on the despread code output from the code spreader 44 and outputs the selected multiphase clock to the waveform generator 46.
The waveform generator 46 converts the selected clock into a single cycle pulse signal by the single cycle generator.

パルス相関器47は、波形発生器46から出力される単サイクルパルスと、アンテナ41で受信され、BPF42を介して出力された受信信号との相関をとる。
パルス列積分器48は、相関値を積分し、比較器49は、パルス列積分器48から出力される積分された相関値をシンボルタイムごとに判定して受信データとして出力する。
The pulse correlator 47 correlates the single cycle pulse output from the waveform generator 46 with the received signal received by the antenna 41 and output via the BPF 42.
The pulse train integrator 48 integrates the correlation value, and the comparator 49 determines the integrated correlation value output from the pulse train integrator 48 for each symbol time and outputs it as received data.

タイミングチャートを用いて受信機の動作を説明する。
図13は、受信機のタイミングチャートを示した図である。
図13に示す逆拡散コードは、図12に示すコード発生器43から出力される逆拡散コードを示す。逆拡散コード上に示す1,0,3,2,…は、逆拡散コードの10進数値を示している。ここでは、図11の拡散コードと同様に2ビットである。クロックphi0,phi1,…,phi15は、図12の相選択器45に入力される多相クロックを示している。ここでは、相選択器45は、クロックphi0〜phi3の4つを順に選択して出力するものとする。出力波形は、図12の波形発生器46から出力される単サイクルパルスの波形を示している。受信信号は、アンテナ41に受信される受信信号を示している。相関出力は、図12のパルス相関器47により、受信信号と出力波形の相関がとられたときの波形を示している。受信データは、受信信号と出力波形の相関値が大きかったときに復調された受信信号のデータを示している。
The operation of the receiver will be described using a timing chart.
FIG. 13 is a diagram illustrating a timing chart of the receiver.
The despread code shown in FIG. 13 indicates the despread code output from the code generator 43 shown in FIG. 1, 0, 3, 2,... Shown on the despread code indicate decimal values of the despread code. Here, it is 2 bits similarly to the spreading code of FIG. Clocks phi0, phi1,... Phi15 indicate multiphase clocks input to the phase selector 45 in FIG. Here, it is assumed that the phase selector 45 sequentially selects and outputs four clocks phi0 to phi3. The output waveform shows the waveform of a single cycle pulse output from the waveform generator 46 of FIG. The received signal indicates a received signal received by the antenna 41. The correlation output shows a waveform when the correlation between the received signal and the output waveform is obtained by the pulse correlator 47 of FIG. The reception data indicates reception signal data demodulated when the correlation value between the reception signal and the output waveform is large.

ところで従来では、データの伝送レートが高くなると、無線信号の出力タイミングの基となる信号の周波数も高くなるため、その高い周波数に対応した高周波回路が必要となり設計、製造が困難となる。また、高周波回路をCMOSの半導体装置で実現することが困難で、消費電力も大きくなる。しかし、上記で説明したように、位相の異なった多相クロックに同期して、単サイクルパルスの無線信号を送受信することにより、図11で示したクロックphi0〜phi3の周波数は抑えられる。よって、回路の実現が容易となり、CMOSの半導体装置で実現することができる。また、回路を小型にすることができ、低消費電力にすることができる。   Conventionally, when the data transmission rate is increased, the frequency of the signal that is the basis of the output timing of the radio signal is also increased. Therefore, a high-frequency circuit corresponding to the high frequency is required, which makes designing and manufacturing difficult. In addition, it is difficult to realize a high-frequency circuit with a CMOS semiconductor device, and power consumption increases. However, as described above, the frequency of the clocks phi0 to phi3 shown in FIG. 11 can be suppressed by transmitting and receiving single-cycle pulse radio signals in synchronization with multiphase clocks having different phases. Therefore, the circuit can be easily realized and can be realized by a CMOS semiconductor device. In addition, the circuit can be reduced in size and power consumption can be reduced.

次に、本発明の第2の実施の形態に係る通信システムを図面を参照して詳細に説明する。第1の実施の形態では、選択した多相クロックを、図4に示したように、単サイクルパルスにし、無線信号とした。第2の実施の形態では、選択した多相クロックをバースト波にし、無線信号とする。以下では、図2、図12で示した各ブロックを構成する回路の異なる部分についてのみ説明する。   Next, a communication system according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, the selected multiphase clock is converted to a single cycle pulse as shown in FIG. In the second embodiment, the selected multiphase clock is converted into a burst wave to be a radio signal. Hereinafter, only different portions of the circuits constituting the blocks shown in FIGS. 2 and 12 will be described.

図14は、バースト波を出力する平衡型断続発振器の回路図である。
図2の波形発生器14、図12の波形発生器46の単一サイクル発生器がバースト波を出力する平衡型断続発振器となる。平衡型断続発振器は、選択された多相クロックをバースト波に変換する。図に示すように平衡型断続発振器は、トランジスタM16〜M19、コンデンサC15〜C17、およびインダクタL7,L8を有している。平衡型断続発振器は、図2,図12の波形発生器14、46で構成される。
FIG. 14 is a circuit diagram of a balanced intermittent oscillator that outputs a burst wave.
The single cycle generator of the waveform generator 14 of FIG. 2 and the waveform generator 46 of FIG. 12 is a balanced intermittent oscillator that outputs burst waves. The balanced intermittent oscillator converts the selected multiphase clock into a burst wave. As shown in the figure, the balanced interrupted oscillator includes transistors M16 to M19, capacitors C15 to C17, and inductors L7 and L8. The balanced intermittent oscillator includes the waveform generators 14 and 46 shown in FIGS.

トランジスタM16のドレインは、一端が電源Vccに接続されたインダクタL7と接続されている。トランジスタM16のソースは、トランジスタM18のドレインと接続されている。トランジスタM16のゲートは、トランジスタM17のドレインと接続されている。   The drain of the transistor M16 is connected to an inductor L7 having one end connected to the power supply Vcc. The source of the transistor M16 is connected to the drain of the transistor M18. The gate of the transistor M16 is connected to the drain of the transistor M17.

トランジスタM17のドレインは、一端が電源Vccに接続されたインダクタL7と接続されている。トランジスタM17のソースは、トランジスタM19のドレインと接続されている。トランジスタM17のゲートは、トランジスタM16のドレインと接続されている。   The drain of the transistor M17 is connected to an inductor L7 having one end connected to the power supply Vcc. The source of the transistor M17 is connected to the drain of the transistor M19. The gate of the transistor M17 is connected to the drain of the transistor M16.

コンデンサC15は、トランジスタM16のドレイン−ソース間に接続されている。コンデンサC16は、トランジスタM17のドレイン−ソース間に接続されている。コンデンサC17は、トランジスタM16,M17のソースと接続されている。   The capacitor C15 is connected between the drain and source of the transistor M16. The capacitor C16 is connected between the drain and source of the transistor M17. The capacitor C17 is connected to the sources of the transistors M16 and M17.

トランジスタM18,M19のソースは、グランドに接続されている。トランジスタM18,M19のゲートには、多相クロックtg0,tg1が入力される。トランジスタM16,M17のドレインからはバースト波bo+,bo−が取り出される。   The sources of the transistors M18 and M19 are connected to the ground. Multiphase clocks tg0 and tg1 are input to the gates of the transistors M18 and M19. Burst waves bo + and bo− are extracted from the drains of the transistors M16 and M17.

図に示す平衡型断続発振器は、中心周波数fcで任意長の波列を発生する。準ミリ波、ミリ波において短い波列を用いる場合やマルチバンド通信に使用することができる。より高い周波数では、中心周波数における1/4波長のスタブを使う。また、平衡型断続発振器は、2つのコルピッツ回路の、各共振部のインダクタまたはスタブを結合して平衡化してある。多相クロックtg0、tg1が立上ると発振を開始し、立下がると停止する。そして、多相クロックtg0,tg1の立上る順番でバースト波bo+,bo−の極性が決まる。多相クロックtg0,tg1の立上り間隔Δtgは、(2k+1)/2fcと表すことができる。なお、kは0以上の整数である。   The balanced intermittent oscillator shown in the figure generates a wave train having an arbitrary length at the center frequency fc. It can be used for quasi-millimeter waves and millimeter waves when a short wave train is used or for multiband communication. For higher frequencies, use a quarter wavelength stub at the center frequency. In addition, the balanced intermittent oscillator is balanced by combining the inductors or stubs of the respective resonance parts of the two Colpitts circuits. Oscillation starts when the multiphase clocks tg0 and tg1 rise, and stops when it falls. The polarities of the burst waves bo + and bo− are determined in the order in which the multiphase clocks tg0 and tg1 rise. The rising interval Δtg between the multiphase clocks tg0 and tg1 can be expressed as (2k + 1) / 2fc. Note that k is an integer of 0 or more.

図15は、平衡型断続発振器の入出力波形を示した図である。
図に示すグラフの横軸(time)は時間を示し、単位はnsである。縦軸(voltage)は電圧を示し、単位はVである。図に示す点線、一点鎖線は、図14のトランジスタM18,M19のゲートに入力される多相クロックtg0,tg1を示している。実線は、バースト波bo+,bo−の差分((bo+)−(bo−))の波形を示している。
FIG. 15 is a diagram showing input / output waveforms of the balanced intermittent oscillator.
The horizontal axis (time) of the graph shown in the figure indicates time, and the unit is ns. The vertical axis (voltage) indicates voltage, and the unit is V. Dotted lines and alternate long and short dash lines in the figure indicate the multiphase clocks tg0 and tg1 input to the gates of the transistors M18 and M19 in FIG. The solid line indicates the waveform of the difference between the burst waves bo + and bo− ((bo +) − (bo−)).

図に示すように、多相クロックtg0,tg1に同期してバースト波が出力される。そして、トランジスタM18,M19のゲートに入力される多相クロックtg0,tg1の位相の前後によって、バースト波の極性が変化する。例えば、図において、多相クロックtg0の位相が多相クロックtg1の位相より早くトランジスタM18に入力された場合、バースト波の最初は立下りとなる。多相クロックtg1の位相が多相クロックtg0の位相より早くトランジスタM19に入力された場合、バースト波の最初は立上りとなる。   As shown in the figure, burst waves are output in synchronization with the multiphase clocks tg0 and tg1. The polarity of the burst wave changes depending on the phase of the multiphase clocks tg0 and tg1 input to the gates of the transistors M18 and M19. For example, in the figure, when the phase of the multiphase clock tg0 is input to the transistor M18 earlier than the phase of the multiphase clock tg1, the first burst wave falls. When the phase of the multiphase clock tg1 is input to the transistor M19 earlier than the phase of the multiphase clock tg0, the first burst wave rises.

図16は、PPM回路の回路図である。
図2の相選択器13、図12の相選択器45がPPM(Pulse Position Modulation)回路となる。図に示すようにPPM回路は、デコーダ(DEC)51、フリップフロップ回路(FF)52、16相クロック源53、およびセレクタ54a,54bを有している。なお、16相クロック源53は、図6〜8で示したPLLによって実現することができる。
FIG. 16 is a circuit diagram of the PPM circuit.
The phase selector 13 in FIG. 2 and the phase selector 45 in FIG. 12 form a PPM (Pulse Position Modulation) circuit. As shown in the figure, the PPM circuit has a decoder (DEC) 51, a flip-flop circuit (FF) 52, a 16-phase clock source 53, and selectors 54a and 54b. The 16-phase clock source 53 can be realized by the PLL shown in FIGS.

デコーダ51には、コード拡散された送信データ、または逆拡散コードが入力される。デコーダ51は、入力されるコードをデコードし、フリップフロップ回路52に出力する。   The decoder 51 receives code-spread transmission data or despread code. The decoder 51 decodes the input code and outputs it to the flip-flop circuit 52.

16相クロック源53は、16相のクロックΦ00〜Φ03,Φ10〜Φ13,Φ20〜Φ23,Φ30〜Φ33を出力する。この16相のクロックのうち、5相のクロックΦ00〜Φ03,Φ10がセレクタ54a,54bに出力されている。また、16相のクロックのうち、位相が8相ずれたクロックΦ20,Φ33がフリップフロップ回路52に出力されている。16相クロック源53は、例えば、無線信号の中心周波数fcの1/4の周波数のクロックを出力する。具体的には、6.375GHzのクロックを出力する。   The 16-phase clock source 53 outputs 16-phase clocks Φ00 to Φ03, Φ10 to Φ13, Φ20 to Φ23, and Φ30 to Φ33. Among the 16-phase clocks, the 5-phase clocks Φ00 to Φ03 and Φ10 are output to the selectors 54a and 54b. Of the 16-phase clocks, clocks Φ20 and Φ33 whose phases are shifted by 8 phases are output to the flip-flop circuit 52. For example, the 16-phase clock source 53 outputs a clock having a frequency that is ¼ of the center frequency fc of the radio signal. Specifically, a 6.375 GHz clock is output.

フリップフロップ回路52は、クロックΦ20の入力により、デコーダ51から出力されるコードを入力し、クロックΦ33の入力により、デコーダ51から出力されるコードの入力を確定する。フリップフロップ回路30bは、多相クロックの異なる位相のタイミングによって、コードの入出力を確実に行うことができる。   The flip-flop circuit 52 inputs the code output from the decoder 51 by the input of the clock Φ20, and determines the input of the code output from the decoder 51 by the input of the clock Φ33. The flip-flop circuit 30b can reliably input and output codes according to the timing of different phases of the multiphase clock.

セレクタ54a,54bは、複数のスイッチを有している。セレクタ54a,54bは、フリップフロップ回路52から出力されるデコードされたコードに応じてスイッチをオン/オフし、16相クロック源53から出力されるクロックを多相クロックtg0,tg1として出力する。   The selectors 54a and 54b have a plurality of switches. The selectors 54a and 54b turn on / off the switch according to the decoded code output from the flip-flop circuit 52, and output the clock output from the 16-phase clock source 53 as the multiphase clocks tg0 and tg1.

図に示すPPM回路は、位相のパターンが4種で、かつ位相が前後にずれた8種類の多相クロックtg0,tg1を出力できる。例えば、セレクタ54bのクロックΦ00に対応するスイッチをオンにし、セレクタ54aのクロックΦ01に対応するスイッチをオンにする。そして、セレクタ54bのクロックΦ01に対応するスイッチをオンにし、セレクタ54aのクロックΦ02に対応するスイッチをオンにすれば、異なった位相の多相クロックtg0,tg1が出力される。一方、セレクタ54aのクロックΦ00に対応するスイッチをオンにし、セレクタ54bのクロックΦ01に対応するスイッチをオンにすれば、位相が前後した多相クロックtg0,tg1が出力される。   The PPM circuit shown in the figure can output eight types of multiphase clocks tg0 and tg1 having four types of phase patterns and phases shifted back and forth. For example, the switch corresponding to the clock Φ00 of the selector 54b is turned on, and the switch corresponding to the clock Φ01 of the selector 54a is turned on. When the switch corresponding to the clock Φ01 of the selector 54b is turned on and the switch corresponding to the clock Φ02 of the selector 54a is turned on, multiphase clocks tg0 and tg1 having different phases are output. On the other hand, when the switch corresponding to the clock Φ00 of the selector 54a is turned on and the switch corresponding to the clock Φ01 of the selector 54b is turned on, the multiphase clocks tg0 and tg1 whose phases are changed are output.

PPM回路から出力される多相クロックは、図14に示した平衡型断続発振器に入力され、バースト波に変換される。送信機においては、バースト波は、第1の実施の形態と同様に、BPFに出力され、アンテナから無線送信される。受信機においては、バースト波は、パルス相関器に出力され、アンテナから受信された受信信号と相関が取られる。   The multiphase clock output from the PPM circuit is input to the balanced intermittent oscillator shown in FIG. 14 and converted into a burst wave. In the transmitter, the burst wave is output to the BPF and wirelessly transmitted from the antenna, as in the first embodiment. In the receiver, the burst wave is output to the pulse correlator and correlated with the received signal received from the antenna.

このように、位相の異なった多相クロックに同期した、バースト波の無線信号を送受信することにより、マルチバンドの通信にも適用することができる。また、周波数の高い高周波回路が不要となり、CMOSの半導体装置で実現することができ、低消費電力にすることができる。   In this way, transmission and reception of burst-wave radio signals synchronized with multiphase clocks having different phases can be applied to multiband communication. In addition, a high-frequency circuit having a high frequency is not necessary, and can be realized with a CMOS semiconductor device, thereby reducing power consumption.

次に、第1の実施の形態、第2の実施の形態で示した通信システムの適用例について説明する。
図17は、筐体内通信の例を示した図である。
Next, application examples of the communication system shown in the first embodiment and the second embodiment will be described.
FIG. 17 is a diagram illustrating an example of intra-chassis communication.

図に示す筐体61には、CPUを搭載した複数のCPUボード62a,62b,62c,…が実装されている。CPUボード62a,62b,62c,…には、無線通信するための送信モジュール63a,63b,63c,…、受信モジュール64a,64b,64c,…が実装されている。筐体61は、電波が通るためのフィルタ窓65を有している。また、筐体61は、電波を反射するためのミラー66を有し、他の筐体からの電波を入出力するための窓67を上下左右の面に有している。図にはノート型のパーソナルコンピュータ71が示してある。なお、図に示す他の筐体も筐体61と同様の構成を有している。   A plurality of CPU boards 62a, 62b, 62c,... Mounted with a CPU are mounted on the casing 61 shown in the figure. .. Are mounted on the CPU boards 62a, 62b, 62c,..., And receiving modules 64a, 64b, 64c,. The casing 61 has a filter window 65 through which radio waves pass. The casing 61 has a mirror 66 for reflecting radio waves, and windows 67 for inputting / outputting radio waves from other casings on the upper, lower, left and right surfaces. In the figure, a notebook personal computer 71 is shown. The other housings shown in the figure have the same configuration as the housing 61.

各筐体は、多数のCPUボードを内蔵し(blade computer)、内蔵する各CPUボードの一方の端には、無線通信するための送信モジュールと受信モジュールとが実装されている。CPUを含む高速デジタル回路は、RFノイズを放射するが、これらの多くはCMOSのLSIで構成されており、そのうち大きな電力を扱うトランジスタのft(最大動作周波数)以上の周波数の放射エネルギーは小さい。通信容量の上限はシャノンの定理で表され、R=Blog(1−SNR)と表されるが(B:使用帯域幅、SNR:通信時のS/N比)、放射ノイズの少ない、より高周波で通信を行うことで同じ電力で大きなSNRが得られるから大容量高速通信が可能になる。CPUおよびその周辺回路に用いられる最先端のCMOSは高速化が進み、既にftは200GHzに達している。しかし、大きな電力を扱うoff-chip-driverには、耐圧や静電破壊耐量を確保するための要請から一般にft<50GHz程度のトランジスタが用いられる。そこで、In−PHEMT(In-P High Electron Mobility Transistor)による送信・受信RFモジュールを用いて60GHz帯で動作させることにより数十〜数百Gbpsの通信が可能となる。CMOSテクノロジの進歩に応じて、将来は80GHz帯もしくは100GHz以上の帯域を使用する必要が生じる可能性もあるが、現在既にIn−PHEMTを用いれば可能である。第1の実施の形態、第2の実施の形態では、多相クロックのタイミングに同期して通信するため、多相クロックを生成する回路は、CMOSなどの低速素子を利用して集積の利点を確保し、製造コストの大きなIn−PHEMTの使用を必要最小限に留めながら高周波帯域の使用が可能となる。 Each housing incorporates a large number of CPU boards (blade computer), and a transmission module and a reception module for wireless communication are mounted on one end of each of the built-in CPU boards. A high-speed digital circuit including a CPU radiates RF noise, but most of them are composed of CMOS LSIs, and radiant energy at a frequency higher than ft (maximum operating frequency) of a transistor that handles large electric power is small. The upper limit of the communication capacity is expressed by Shannon's theorem and expressed as R = Blog 2 (1-SNR) (B: used bandwidth, SNR: S / N ratio during communication), but less radiation noise, Large-capacity and high-speed communication is possible because a large SNR can be obtained with the same power by performing communication at a high frequency. State-of-the-art CMOS used for the CPU and its peripheral circuits has been increased in speed, and ft has already reached 200 GHz. However, an off-chip driver that handles large electric power generally uses a transistor with a frequency of about ft <50 GHz because of a demand for ensuring a withstand voltage and a resistance to electrostatic breakdown. Therefore, communication of several tens to several hundreds Gbps is possible by operating in a 60 GHz band using a transmission / reception RF module using In-PHEMT (In-P High Electron Mobility Transistor). Depending on the progress of CMOS technology, it may be necessary to use a band of 80 GHz band or 100 GHz or more in the future, but it is possible if In-PHEMT is already used. In the first embodiment and the second embodiment, since communication is performed in synchronization with the timing of the multiphase clock, the circuit that generates the multiphase clock has the advantage of integration using a low-speed element such as a CMOS. The high frequency band can be used while securing the use of In-PHEMT, which has a large manufacturing cost, while keeping it to the minimum necessary.

通信システムの他の適用例について説明する。
図18は、筐体内通信の他の例を示した図である。
図に示すように、バックプレーン81には、CPUを搭載した複数のCPUボード82a,82bが2列並行に実装されている。CPUボード82a,82bの側面には、高速パラレルバスのバス基板83a,83bが実装されている。CPUボード82a,82bは、無線通信するための送受信モジュール84a,84bを1枚につき3段有している。送受信モジュール84a,84bの上2段は、誘電体導波路85aa,85ab,85ba,85bbで結ばれている。バックプレーン81は、無線通信するための送受信モジュール84cを有している。また、CPUボード82a,82bは、シリアル通信ケーブル86a,86bで接続されている。
Another application example of the communication system will be described.
FIG. 18 is a diagram illustrating another example of intra-casing communication.
As shown in the figure, on the backplane 81, a plurality of CPU boards 82a and 82b mounted with CPUs are mounted in parallel in two rows. High-speed parallel bus boards 83a and 83b are mounted on the side surfaces of the CPU boards 82a and 82b. The CPU boards 82a and 82b have three stages of transmission / reception modules 84a and 84b for wireless communication. The upper two stages of the transmission / reception modules 84a and 84b are connected by dielectric waveguides 85aa, 85ab, 85ba, and 85bb. The backplane 81 has a transmission / reception module 84c for wireless communication. The CPU boards 82a and 82b are connected by serial communication cables 86a and 86b.

複数のCPUボード82a,82bは、下部のバックプレーン81に実装されている。下部にあるバックプレーン81には、例えば、外部センサやアクチュエータ、電力供給源が接続される。CPUボード82a,82bは、高速のパラレルバスのバス基板83a,83bにより接続され、さらに、高速のイーサネット(登録商標)等のシリアル通信ケーブル86a,86bで近接ボード間が接続されている。これらは、従来のデータ通信手段であり、送り先を送信側で一意に受け取り先を決めて通信を行う(取り決め済みのアドレスを指定すればマルチキャストおよびブロードキャストも可能)。   The plurality of CPU boards 82 a and 82 b are mounted on the lower back plane 81. For example, an external sensor, an actuator, or a power supply source is connected to the lower backplane 81. The CPU boards 82a and 82b are connected by bus boards 83a and 83b of high-speed parallel buses, and the adjacent boards are connected by serial communication cables 86a and 86b such as high-speed Ethernet (registered trademark). These are conventional data communication means, and the communication is performed by uniquely determining the receiving destination on the transmission side (multicast and broadcast are possible by specifying a negotiated address).

送受信モジュール84a,84bには、アンテナが搭載されている。各CPUボード82a,82bおよびバックプレーン81は、送受信モジュール84a,84bによりミリ波の無線通信を行い、より柔軟な通信網を備える。図においては、CPUボード82a,82bの各々は、3段の送受信モジュール84a,84bを具備し、上2段は誘電体導波路85aa,85ab,85ba,85bbで結ばれている。ここでは、上2段の送受信モジュール84a,84bは、下段の送受信モジュール84a,84bより小型のアンテナが用いられ、導波路の中心部に到達するように挿入されている。導波路の両端は反射防止構造とその外側に電波吸収体が装着される。導波路の側面を電波吸収体で覆い、下段の送受信モジュール84a,84bからの信号の侵入を防ぐことができる。   Antennas are mounted on the transmission / reception modules 84a and 84b. Each of the CPU boards 82a and 82b and the backplane 81 performs millimeter-wave wireless communication using the transmission / reception modules 84a and 84b, and includes a more flexible communication network. In the figure, each of the CPU boards 82a and 82b includes three stages of transmission / reception modules 84a and 84b, and the upper two stages are connected by dielectric waveguides 85aa, 85ab, 85ba and 85bb. Here, the upper two-stage transmission / reception modules 84a and 84b use a smaller antenna than the lower transmission / reception modules 84a and 84b, and are inserted so as to reach the center of the waveguide. Both ends of the waveguide are provided with an antireflection structure and a radio wave absorber on the outside thereof. The side surface of the waveguide can be covered with a radio wave absorber to prevent intrusion of signals from the lower transmission / reception modules 84a and 84b.

このように、第1の実施の形態、第2の実施の形態で示した通信システムを、例えば、電子機器のリモートコントローラ、無線LANの近距離デジタル通信に適用することができる。   As described above, the communication systems shown in the first embodiment and the second embodiment can be applied to, for example, a remote controller of an electronic device and short-range digital communication of a wireless LAN.

なお、第1の実施の形態、第2の実施の形態に示した送信機と受信機を、同一のクロックを基に動作させると、通信セッションごとにチップ同期をとるためのオーバヘッドを回避することができる。   Note that if the transmitter and receiver shown in the first embodiment and the second embodiment are operated based on the same clock, the overhead for chip synchronization for each communication session is avoided. Can do.

図19は、通信装置の回路ブロック図である。
図に示すように通信装置は、送信機90a、受信機90b、およびTCXO90cを有している。送信機90aは、MCU(Micro Controller Unit)90aa、同期化回路90ab、PD−LF(phase detector-loop filter)90ac、PPVCO(PolyPhase VCO)90ad、SW90ae、QO90af、およびアンテナ90agを有している。受信機90bは、アンテナ90ba、BPF90bb、LNA(Low Noise Amplifier)90bc、ミキサ90bd、MCU90be、同期化回路90bf、PD−LF90bg、PPVCO90bh、SW90bi、QO90bj、積分器90bk、およびA/D90blを有している。
FIG. 19 is a circuit block diagram of the communication apparatus.
As shown in the figure, the communication apparatus includes a transmitter 90a, a receiver 90b, and a TCXO 90c. The transmitter 90a includes an MCU (Micro Controller Unit) 90aa, a synchronization circuit 90ab, a PD-LF (phase detector-loop filter) 90ac, a PPVCO (PolyPhase VCO) 90ad, an SW 90ae, a QO 90af, and an antenna 90ag. The receiver 90b includes an antenna 90ba, a BPF 90bb, an LNA (Low Noise Amplifier) 90bc, a mixer 90bd, an MCU 90be, a synchronization circuit 90bf, a PD-LF 90bg, a PPVCO 90bh, an SW90bi, a QO 90bj, an integrator 90bk, and an A / D 90bl. Yes.

送信機90aのMCU90aaは、拡散コードを記憶したメモリを内部に有している。MCU90aaは、PPVCO90adから出力されるチップレートクロックccに同期して、入力する送信データTxをコード拡散し、シンボル当たりのビット数ずつ同期化回路90abに出力する。   The MCU 90aa of the transmitter 90a has a memory in which a spreading code is stored. The MCU 90aa code-spreads the input transmission data Tx in synchronization with the chip rate clock cc output from the PPVCO 90ad, and outputs it to the synchronization circuit 90ab by the number of bits per symbol.

同期化回路90abは、PPVCO90adから出力される多相クロックのうち、タイミングマージンが最大となる相に同期して、MCU90aaから出力されるコード拡散された送信データTxを取り込み、SW90aeに出力する。   The synchronization circuit 90ab captures the code-spread transmission data Tx output from the MCU 90aa in synchronization with the phase having the maximum timing margin among the multiphase clocks output from the PPVCO 90ad, and outputs it to the SW 90ae.

PD−LF90acは、水晶発振器であるTCXO90cから出力される基準クロック(数MHz〜50MHz)とSW90aeから出力されるクロックの位相差を電圧値として出力する。PPVCO90adは、TCXO90cから出力される基準クロックを逓倍した多相クロックを出力する。このとき、PPVCO90adは、PD−LF90acから出力される電圧値によって、多相クロックの周波数が一定となるように制御して出力する。なお、多相クロックの周波数が、チップレートクロックccとなる。   The PD-LF 90ac outputs a phase difference between a reference clock (several MHz to 50 MHz) output from the TCXO 90c that is a crystal oscillator and a clock output from the SW 90ae as a voltage value. The PPVCO 90ad outputs a multiphase clock obtained by multiplying the reference clock output from the TCXO 90c. At this time, the PPVCO 90ad performs control so that the frequency of the multi-phase clock becomes constant according to the voltage value output from the PD-LF 90ac. The frequency of the multiphase clock is the chip rate clock cc.

SW90aeは、同期化回路90abから出力されるコード拡散された送信データTxに基づいて、PPVCO90adから出力される多相クロックを選択したPPMおよびBPSK変調を行う。   The SW 90ae performs PPM and BPSK modulation in which the multiphase clock output from the PPVCO 90ad is selected based on the code-spread transmission data Tx output from the synchronization circuit 90ab.

QO90afは、SW90aeから出力される選択された多相クロックを図4で示した単サイクルパルスまたは図15で示したバースト波に変換する。
アンテナ90agは、QO90afから出力される単サイクルパルスまたはバースト波を通信相手となる通信装置に無線送信する。
The QO 90af converts the selected multiphase clock output from the SW 90ae into a single cycle pulse shown in FIG. 4 or a burst wave shown in FIG.
The antenna 90ag wirelessly transmits a single cycle pulse or burst wave output from the QO 90af to a communication apparatus that is a communication partner.

受信機90bのアンテナ90baは、通信相手の通信装置から無線信号を受信する。アンテナ90baは、受信した無線信号(受信信号)をBPF90bbに出力する。
BPF90bbは、受信信号の許容帯域のみを取り出し、LNA90bcに出力する。LNA90bcは、BPF90bbから出力される受信信号を増幅し、ミキサ90bdに出力する。
The antenna 90ba of the receiver 90b receives a radio signal from the communication device of the communication partner. The antenna 90ba outputs the received radio signal (reception signal) to the BPF 90bb.
The BPF 90bb extracts only the allowable band of the received signal and outputs it to the LNA 90bc. The LNA 90bc amplifies the reception signal output from the BPF 90bb and outputs the amplified signal to the mixer 90bd.

MCU90beは、受信信号を逆拡散するための逆拡散コードを記憶したメモリを内部に有している。MCU90beは、逆拡散コードをPPVCO90bhから出力されるチップレートクロックccに同期して同期化回路90bfに出力する。   The MCU 90be has a memory that stores a despreading code for despreading the received signal. The MCU 90be outputs the despread code to the synchronization circuit 90bf in synchronization with the chip rate clock cc output from the PPVCO 90bh.

同期化回路90bfは、PPVCO90bhから出力される多相クロックのうち、タイミングマージンが最大となる相に同期して、MCU90beから出力される逆拡散コードを取り込み、SW90biに出力する。   The synchronization circuit 90bf captures the despread code output from the MCU 90be in synchronization with the phase having the maximum timing margin among the multiphase clocks output from the PPVCO 90bh, and outputs the code to the SW 90bi.

PD−LF90bgは、送信機90aのPD−LF90acと同様に、水晶発振器であるTCXO90cから出力される基準クロックとSW90biから出力されるクロックの位相差を電圧として出力する。PPVCO90bhは、TCXO90cから出力される基準クロックを逓倍した多相クロックを出力する。このとき、PPVCO90bhは、PD−LF90bgから出力される電圧値によって、多相クロックの周波数が一定となるように制御して出力する。なお、多相クロックの周波数は、TCXO90cを基準クロックとして生成されているので、受信機90bのチップレートクロックccは、送信機90aのチップレートクロックccと同じ周波数となる。   The PD-LF 90bg outputs, as a voltage, the phase difference between the reference clock output from the TCXO 90c, which is a crystal oscillator, and the clock output from the SW 90bi, similarly to the PD-LF 90ac of the transmitter 90a. The PPVCO 90bh outputs a multiphase clock obtained by multiplying the reference clock output from the TCXO 90c. At this time, the PPVCO 90bh controls and outputs the multi-phase clock frequency so as to be constant according to the voltage value output from the PD-LF 90bg. Since the multi-phase clock frequency is generated using TCXO 90c as a reference clock, the chip rate clock cc of the receiver 90b is the same frequency as the chip rate clock cc of the transmitter 90a.

SW90biは、同期化回路90bfから出力される逆拡散コード拡散に基づいて、PPVCO90bhから出力される多相クロックを選択し、PPMおよびBPSK変調を行う。   The SW 90bi selects a multi-phase clock output from the PPVCO 90bh based on the despread code spread output from the synchronization circuit 90bf, and performs PPM and BPSK modulation.

QO90bjは、SW90biから出力される選択された多相クロックを単サイクルパルスまたはバースト波に変換する。
ミキサ90bdは、LNA90bcから出力される受信信号と、QO90bjから出力される単サイクルパルスまたはバースト波との相関を取り、積分器90bkに出力する。厳密には、バースト波の中心周波数における送受間のキャリア同期が必要になる。これは、例えば、受信機40b側で遅延器等を用いて直交バースト波を生成し、相関器として用いるミキサを直交化することで回避できる。
The QO 90bj converts the selected multiphase clock output from the SW 90bi into a single cycle pulse or a burst wave.
The mixer 90bd obtains a correlation between the reception signal output from the LNA 90bc and the single cycle pulse or burst wave output from the QO 90bj, and outputs the correlation to the integrator 90bk. Strictly speaking, carrier synchronization between transmission and reception at the center frequency of the burst wave is required. This can be avoided, for example, by generating an orthogonal burst wave using a delay unit or the like on the receiver 40b side and orthogonalizing a mixer used as a correlator.

積分器90bkは、シンボル期間積分して受信データを得て、A/D90blに出力する。A/D90blは、受信データをデジタル変換し、MCU90beに出力する。MCU90beは、デジタル変換された受信データを受信データRxとして出力する。MCU90beは、シンボル期間の積分の実行命令を積分器90bkに行う。   The integrator 90bk obtains received data by integrating the symbol period and outputs the received data to the A / D 90bl. The A / D 90bl digitally converts the received data and outputs it to the MCU 90be. The MCU 90be outputs the digitally converted received data as received data Rx. The MCU 90be issues an integration execution command for the symbol period to the integrator 90bk.

以下、図19の通信装置の動作について説明する。
送信機90aのPPVCO90adは、受信機90bのPPVCO90bhと共通に設けられたTCXO90cの基準クロックを逓倍し、チップレートクロックccで発振している。
Hereinafter, the operation of the communication apparatus of FIG. 19 will be described.
The PPVCO 90ad of the transmitter 90a multiplies the reference clock of the TCXO 90c provided in common with the PPVCO 90bh of the receiver 90b, and oscillates at the chip rate clock cc.

送信データTxは、チップレートクロックccに同期して、MCU90aaの内部のレジスタに一時記憶される。MCU90aaは、内蔵するメモリに予め記憶されている拡散コードで送信データTxを拡散し、シンボル当たりのビット数ずつ同期化回路90abに出力する。同期化回路90abは、PPVCO90adから出力される多相クロックのうち、タイミングマージンが最大となる相に同期して、MCU90aaから出力される逆拡散コードを取り込む。   The transmission data Tx is temporarily stored in a register inside the MCU 90aa in synchronization with the chip rate clock cc. The MCU 90aa spreads the transmission data Tx with a spreading code stored in advance in a built-in memory, and outputs it to the synchronization circuit 90ab by the number of bits per symbol. The synchronization circuit 90ab captures the despread code output from the MCU 90aa in synchronization with the phase having the maximum timing margin among the multiphase clocks output from the PPVCO 90ad.

SW90aeは、同期化回路90abから出力されるコード拡散されて同期化された送信データTxに基づいて、PPVCO90adから出力される多相クロックを選択する。QO90afは、選択された多相クロックを単サイクルパルスまたはバースト波に変換し、アンテナ90agに出力する。これによって、アンテナ90agからは、PPMかつBPSK変調された無線信号が出力される。   The SW 90ae selects the multiphase clock output from the PPVCO 90ad based on the code-spread and synchronized transmission data Tx output from the synchronization circuit 90ab. The QO 90af converts the selected multiphase clock into a single cycle pulse or a burst wave, and outputs it to the antenna 90ag. As a result, a radio signal subjected to PPM and BPSK modulation is output from the antenna 90ag.

受信機90bのBPF90bbは、アンテナ90baによって受信された受信信号の許容帯域を取り出す。受信信号は、LNA90bcで増幅された後、ミキサ90bdで検波される。   The BPF 90bb of the receiver 90b extracts the allowable band of the received signal received by the antenna 90ba. The received signal is amplified by the LNA 90bc and then detected by the mixer 90bd.

逆拡散コードは、MCU90beからシンボル当たりのビット数ずつ同期化回路90bfに出力される。同期化回路90bfは、PPVCO90bhから出力される多相クロックのうち、タイミングマージンが最大となる相に同期して、MCU90beから出力される逆拡散コードを取り込む。   The despread code is output from the MCU 90be to the synchronization circuit 90bf by the number of bits per symbol. The synchronization circuit 90bf takes in the despread code output from the MCU 90be in synchronization with the phase having the maximum timing margin among the multiphase clocks output from the PPVCO 90bh.

SW90biは、同期化回路90bfから出力される逆拡散コードに基づいて、PPVCO90bhから出力される多相クロックを選択する。QO90afは、選択された多相クロックを単サイクルパルスまたはバースト波に変換し、ミキサ90bdに出力する。   The SW 90bi selects the multiphase clock output from the PPVCO 90bh based on the despread code output from the synchronization circuit 90bf. The QO 90af converts the selected multiphase clock into a single cycle pulse or a burst wave, and outputs it to the mixer 90bd.

積分器90bkは、ミキサ90bdから出力される信号を、シンボル期間積分してA/D90blに出力する。積分器90bkから出力される信号は、A/D90blによってアナログ変換され、MCU90beから受信データRxとして出力される。   The integrator 90bk integrates the signal output from the mixer 90bd for a symbol period and outputs the result to the A / D 90bl. The signal output from the integrator 90bk is converted into an analog signal by the A / D 90bl and output from the MCU 90be as reception data Rx.

このように、1つのTCXO90cによって送信機90a,受信機90bを同期して動作させることにより、通信セッションごとにチップ同期をとるためのオーバヘッドが回避できる。なお、TCXO90c出力の配線遅延と、送信機90a、受信機90b間のエアーチャネルの伝搬遅延は、空き時間かシステム立ち上げ時に校正する。   In this way, by causing the transmitter 90a and the receiver 90b to operate in synchronization with one TCXO 90c, the overhead for achieving chip synchronization for each communication session can be avoided. Note that the wiring delay of the TCXO 90c output and the propagation delay of the air channel between the transmitter 90a and the receiver 90b are calibrated at idle time or when the system is started up.

また、図17に示した送信モジュール63a,63b,63c,…、受信モジュール64a,64b,64c,…にも上記の方法が適用でき、これら全てを同一のクロックを基に動作させることにより、通信セッションごとにチップ同期をとるためのオーバヘッドが回避できる。また、図18に示した送受信モジュール84a,84bにも上記の方法が適用でき、これら全てを同一のクロックを基に動作させることにより、通信セッションごとにチップ同期をとるためのオーバヘッドが回避できる。   17 can be applied to the transmission modules 63a, 63b, 63c,... And the reception modules 64a, 64b, 64c,... Shown in FIG. Overhead for chip synchronization for each session can be avoided. Further, the above-described method can be applied to the transmission / reception modules 84a and 84b shown in FIG. 18, and by operating all of them based on the same clock, the overhead for chip synchronization for each communication session can be avoided.

次に、本発明の第3の実施の形態に係る通信システムを図面を参照して詳細に説明する。本発明の通信システムは、例えば、探索機器、障害物検知器のレーダにも適用することができる。   Next, a communication system according to a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The communication system of the present invention can be applied to, for example, a search device and an obstacle detector radar.

照射エネルギーを小さくし、広範囲を対象に探査、通信をするには、ビーム(無線信号)を細くしぼって走査することが望ましい。そのため、機械的走査(例えば、アンテナを回転)が行われるが、耐久性、耐震性、サイズ、消費電力の面で固定型に劣る。   In order to reduce the irradiation energy and to search and communicate over a wide area, it is desirable to scan with a beam (wireless signal) narrowed down. Therefore, although mechanical scanning (for example, rotating an antenna) is performed, it is inferior to a fixed type in terms of durability, earthquake resistance, size, and power consumption.

電子走査を行うには、以下に示す位相分配器を使用する。この回路は、n個のゲート接地型コルピッツ発振回路の各ゲート電極間を抵抗で接続した回路で、両端に加えるサイン波間の位相差をn+1分割したn個のサイン波を出力する。   In order to perform electronic scanning, the following phase distributor is used. This circuit is a circuit in which gate electrodes of n gate-grounded Colpitts oscillation circuits are connected by resistors, and outputs n sine waves obtained by dividing the phase difference between sine waves applied to both ends by n + 1.

図20は、位相分配器の回路図である。
図に示すように位相分配器は、トランジスタM16〜M20、抵抗R15〜R30、コンデンサC18〜C27、インダクタL9〜L13を有している。
FIG. 20 is a circuit diagram of the phase distributor.
As shown in the figure, the phase distributor includes transistors M16 to M20, resistors R15 to R30, capacitors C18 to C27, and inductors L9 to L13.

トランジスタM16のドレインは、一方が電源Vccに接続されたインダクタL9と接続されている。トランジスタM16のソースは、一方がグランドに接続された抵抗R17と接続されている。トランジスタM16のドレイン−ソース間は、コンデンサC18が接続されている。トランジスタM16のソースは、一方がグランドに接続されたコンデンサC19と接続されている。トランジスタM16のゲートは、抵抗R15,R16と接続されている。抵抗R16には、サイン波の信号が入力される。抵抗R16には、バイアス電圧Vbが入力される。   The drain of the transistor M16 is connected to an inductor L9, one of which is connected to the power supply Vcc. The source of the transistor M16 is connected to a resistor R17, one of which is connected to the ground. A capacitor C18 is connected between the drain and source of the transistor M16. The source of the transistor M16 is connected to a capacitor C19, one of which is connected to the ground. The gate of the transistor M16 is connected to the resistors R15 and R16. A sine wave signal is input to the resistor R16. A bias voltage Vb is input to the resistor R16.

トランジスタM16、抵抗R16,R17、コンデンサC18,C19、インダクタL9は、コルピッツ発振回路を構成している。同様に、トランジスタM17、抵抗R19,R20、コンデンサC20,C21、インダクタL10でコルピッツ発振回路を構成し、トランジスタM18、抵抗R22,R23、コンデンサC22,C23、インダクタL11でコルピッツ発振回路を構成している。各コルピッツ発振回路のトランジスタは、抵抗R18,R21,…で接続されている。以下、同様のコルピッツ発振回路が接続され、トランジスタM19、抵抗R25,R26、コンデンサC24,C25、インダクタL12で構成されたコルピッツ発振回路と、トランジスタM20、抵抗R28,R29、コンデンサC26,C27、インダクタL13で構成されたコルピッツ発振回路とが、抵抗R24,R27を介して接続されている。なお、トランジスタM16,M20のゲートには、抵抗R25,R30が接続されている。   Transistor M16, resistors R16 and R17, capacitors C18 and C19, and inductor L9 form a Colpitts oscillation circuit. Similarly, the Colpitts oscillation circuit is configured by the transistor M17, the resistors R19 and R20, the capacitors C20 and C21, and the inductor L10, and the Colpitts oscillation circuit is configured by the transistor M18, the resistors R22 and R23, the capacitors C22 and C23, and the inductor L11. . The transistors of each Colpitts oscillation circuit are connected by resistors R18, R21,. Hereinafter, the same Colpitts oscillation circuit is connected, and a Colpitts oscillation circuit including a transistor M19, resistors R25 and R26, capacitors C24 and C25, and an inductor L12, a transistor M20, resistors R28 and R29, capacitors C26 and C27, and an inductor L13. Are connected via resistors R24, R27. Resistors R25 and R30 are connected to the gates of the transistors M16 and M20.

両端のトランジスタM16,M20のゲートに接続された抵抗R25,R30に、Pr1=Aei(Φi+ωct)、Pr2=Aei(Φi+θ+ωct)のサイン波が入力されると、各コルピッツ発振回路のトランジスタのソースからは、サイン波の位相を分割した位相分割信号Out1,Out2,Out3,…,Outn−1,Outnが出力される。k番目のトランジスタの位相分割信号Outkは、Outk=Bei(Φo+kθ/(n+1)+ωct)で示される。なお、A,Bは振幅、Φi,Φo,θは位相角、ωcは角速度、tは時間、kは定数、nは正数である。 When a sine wave of Pr1 = Aei (Φi + ωct) and Pr2 = Aei (Φi + θ + ωct) is input to the resistors R25 and R30 connected to the gates of the transistors M16 and M20 at both ends, the source of the transistor of each Colpitts oscillation circuit Output phase-divided signals Out1, Out2, Out3,..., Outn-1, Outn obtained by dividing the phase of the sine wave. The phase division signal Outk of the k-th transistor is expressed as Outk = Be i (Φo + kθ / (n + 1) + ωct) . A and B are amplitudes, Φi, Φo, and θ are phase angles, ωc is an angular velocity, t is time, k is a constant, and n is a positive number.

図に示す位相分配器では、個々のコルピッツ発振回路の単独での発振周波数と、入力されるサイン波の周波数の違いがおよそ2〜5%以内で動作する。隣接するコルピッツ発振回路の出力間で位相比較を行い、この差を各コルピッツ発振回路に負帰還すれば製造ばらつきや動作条件の変動に打ち勝って、より広い周波数範囲の入力に対応した動作が得られる(図6に示したPLLの電圧制御発振器27に適用すると容易に実現できる)。なお、同様の目的で発振回路を結合する方法は、Brian K.Meadows他、“Nonlinear Antenna Technology”,Proceedings of The IEEE,Vol90,No.5.May2002にも紹介されている。   In the phase distributor shown in the figure, the difference between the oscillation frequency of each Colpitts oscillation circuit alone and the frequency of the input sine wave is within about 2 to 5%. Phase comparison is performed between the outputs of adjacent Colpitts oscillation circuits, and if this difference is negatively fed back to each Colpitts oscillation circuit, operation corresponding to input in a wider frequency range can be obtained by overcoming manufacturing variations and fluctuations in operating conditions. (It can be easily realized when applied to the voltage controlled oscillator 27 of the PLL shown in FIG. 6). A method for coupling oscillator circuits for the same purpose is also introduced in Brian K. Meadows et al., “Nonlinear Antenna Technology”, Proceedings of the IEEE, Vol 90, No. 5. May 2002.

次に、ビームを走査するアンテナについて説明する。
図21は、遅延時間を制御してビームを走査するアンテナの断面図である。
図にはアンテナの断面が示してある。また、図においては2つのビームの放射が示してある。アンテナ面からは、距離dの間隔でビームが放射されている。
Next, an antenna that scans a beam will be described.
FIG. 21 is a cross-sectional view of an antenna that scans a beam by controlling a delay time.
The figure shows a cross section of the antenna. In the figure, two beams of radiation are shown. Beams are radiated from the antenna surface at a distance d.

複数のアンテナから、−ΔT=dsin(θ)/cの時間だけずらして無線信号を送信することにより、ビームの波面は、図の一点鎖線で示すようになる。これによって、ビームを走査できる。受信機においては、異なるタイミングの受信テンプレート信号の生成を行えば、受信方向を走査することができる。なお、θはアンテナ面の法線とビームのなす角度、cは光の速度を示す。広い帯域を使うため、距離dは比較的自由に決めることができ、また少ないアンテナ素子数でも大きな開口径が得られる。   By transmitting radio signals from a plurality of antennas while shifting by a time of −ΔT = dsin (θ) / c, the wavefront of the beam becomes as indicated by a one-dot chain line in the figure. Thereby, the beam can be scanned. In the receiver, the reception direction can be scanned by generating reception template signals at different timings. Here, θ represents the angle formed by the normal of the antenna surface and the beam, and c represents the speed of light. Since a wide band is used, the distance d can be determined relatively freely, and a large aperture diameter can be obtained even with a small number of antenna elements.

次に、ビームを出力する送受信機について説明する。
図22は、指向性ビームを偏向する送信機の概略構成図である。
偏向方向に応じたタイミングで発生される単サイクルパルスを基にコンボルバ91a,91b,…,91nで任意波形を与え、アンテナ92a,92b,…、92nを介して送信する。ここでコンボルバ91a,91b,…,91nを省略すれば単サイクルパルスの送信機となり、またコンボルバの代わりにBPFを使えば、波列送信機となる。また、図20で示した位相分配器から図14の平衡型断続発生器を駆動して送信しても波列送信機となる。
Next, a transceiver that outputs a beam will be described.
FIG. 22 is a schematic configuration diagram of a transmitter that deflects a directional beam.
An arbitrary waveform is given by convolvers 91a, 91b,..., 91n based on a single cycle pulse generated at a timing corresponding to the deflection direction, and transmitted through antennas 92a, 92b,. Here, if the convolvers 91a, 91b,..., 91n are omitted, a single cycle pulse transmitter is obtained, and if a BPF is used instead of the convolver, a wave train transmitter is obtained. Further, even if the balanced discontinuity generator of FIG. 14 is driven and transmitted from the phase distributor shown in FIG. 20, a wave train transmitter is obtained.

図23は、受信方向を偏向する受信機の概略構成図を示す。
図に示すコンボルバ101a,101b,…,101nは、積分器を内蔵しておらず、代わりに自乗回路を内蔵している。また、T/4ずれた導電層パターンをもつ直交コンボルバとの対を有する。各アンテナ102a,102b,…102nからの経路にあるコンボルバの導電部には偏向角に応じてずれた値が与えられる。なお、この構成は送信側にも使用することができる。
FIG. 23 is a schematic configuration diagram of a receiver that deflects the reception direction.
The convolvers 101a, 101b,..., 101n shown in the figure do not include an integrator, but instead include a square circuit. Also, it has a pair with an orthogonal convolver having a conductive layer pattern shifted by T / 4. A value shifted according to the deflection angle is given to the conductive part of the convolver in the path from each antenna 102a, 102b,... 102n. This configuration can also be used on the transmission side.

異なるタイミングの受信テンプレート信号を順次生成し、受信信号と受信テンプレート信号との相関をとる。そして、相関値が大きかったときの受信テンプレート信号を生成したタイミングを検出することにより、各アンテナ102a,102b,…102nに受信された受信信号のタイミングが分かる。受信信号のタイミングより、受信信号の方向が分かる(前述した式の−ΔTより、受信信号の方向θが算出できる)。   Reception template signals having different timings are sequentially generated, and correlation between the reception signal and the reception template signal is obtained. Then, by detecting the timing of generating the reception template signal when the correlation value is large, the timing of the reception signal received by each antenna 102a, 102b,. The direction of the received signal can be determined from the timing of the received signal (the direction θ of the received signal can be calculated from −ΔT in the above-described equation).

なお、送信機において、図20に示した位相分配器により、異なった位相の単サイクルパルスを出力することによって、より細かなビームの操作ができる。また、受信機において、図20に示した位相分配器により、異なった位相の受信テンプレート信号を生成することによって、より細かな受信信号の走査ができる。   In the transmitter, a finer beam operation can be performed by outputting single-cycle pulses having different phases by the phase distributor shown in FIG. Further, in the receiver, the received signal can be scanned more finely by generating received template signals having different phases by the phase distributor shown in FIG.

次に、広帯域受信機について説明する。
図24は、参照波を用いる広帯域受信機のブロック構成図である。
図に示すように広帯域受信機は、アンテナ111a,111b,…,111n、ミキサ112a,112b,…,112n,113a,113b,…,113n、LPF(Low Pass Filter)114a,114b,…,114n、ミキサ115a,115b,…,115n、多相クロック源116、セレクタ117、位相分配器118、波形発生器119a,119b,…,119n、および積分器120を有している。
Next, a broadband receiver will be described.
FIG. 24 is a block diagram of a wideband receiver using a reference wave.
As shown in the figure, the broadband receiver includes antennas 111a, 111b, ..., 111n, mixers 112a, 112b, ..., 112n, 113a, 113b, ..., 113n, LPF (Low Pass Filter) 114a, 114b, ..., 114n, , 115n, a multiphase clock source 116, a selector 117, a phase distributor 118, waveform generators 119a, 119b,..., 119n, and an integrator 120.

アンテナ111a,111b,…,111nは、例えば、障害物の探索のため出力された無線信号を受信する。ミキサ112a,112b,…,112n,113a,113b,…,113nは、アンテナ111a,111b,…,111nによって受信された無線信号をダウンコンバージョン、またはディレクトコンバージョンする。LPF114a,114b,…,114nは、ミキサ112a,112b,…,112n,113a,113b,…,113nから出力される信号の高周波域を遮断する。   The antennas 111a, 111b,..., 111n receive, for example, radio signals output for searching for obstacles. The mixers 112a, 112b, ..., 112n, 113a, 113b, ..., 113n down-convert or direct-convert radio signals received by the antennas 111a, 111b, ..., 111n. The LPFs 114a, 114b,..., 114n block the high frequency range of the signals output from the mixers 112a, 112b,..., 112n, 113a, 113b,.

多相クロック源116は、位相が等分にずれたクロックを出力する。セレクタ117には、逆拡散コードが入力され、逆拡散コードに従い多相クロック源116から出力されるクロックを選択して出力する。   The multiphase clock source 116 outputs a clock whose phase is equally shifted. The despreading code is input to the selector 117, and a clock output from the multiphase clock source 116 is selected and output according to the despreading code.

位相分配器118は、図20で示した位相分配器で、セレクタ117から出力されるクロックを位相分割する。これにより、多種の相のクロックを出力することができ、より細かくビーム(受信した無線信号)を検出することが可能となる。   The phase distributor 118 is the phase distributor shown in FIG. 20 and phase-divides the clock output from the selector 117. As a result, clocks of various phases can be output, and the beam (received radio signal) can be detected more finely.

波形発生器119a,119b,…,119nは、位相分配器118から出力されるクロックに基づいてビームと相関を取るべき参照波を発生する。
ミキサ115a,115b,…,115nは、波形発生器119a,119b,…,119nから出力される信号と、LPF114a,114b,…,114nから出力される信号を混合する。積分器120は、ミキサ115a,115b,…,115nから出力される信号を積分する。
The waveform generators 119a, 119b,..., 119n generate a reference wave to be correlated with the beam based on the clock output from the phase distributor 118.
The mixers 115a, 115b, ..., 115n mix the signals output from the waveform generators 119a, 119b, ..., 119n and the signals output from the LPFs 114a, 114b, ..., 114n. The integrator 120 integrates signals output from the mixers 115a, 115b, ..., 115n.

指向性を必要としない場合、1つの波形発生器とアンテナ、ミキサでよく、位相分配器は必要としない。また、直交ローカルを使いダウンコンバージョンあるいはディレクトコンバージョンを行うことができ、このときのキャリア同期は必要ない。さらに、受信方向を変更することが可能で、この場合、複数の波形発生器と必要に応じて位相分配器を用いる。位相分配器を多段に用いればより詳細に受信方向を調整することができる。   When directivity is not required, a single waveform generator, antenna, and mixer are sufficient, and a phase distributor is not required. Further, it is possible to perform down conversion or direct conversion using orthogonal local, and carrier synchronization at this time is not necessary. Furthermore, the reception direction can be changed, and in this case, a plurality of waveform generators and, if necessary, a phase distributor are used. If the phase distributor is used in multiple stages, the receiving direction can be adjusted in more detail.

このように無線信号を偏向して送出し、特定方向から受信できるようにすることにより、例えば、図18で示したバックプレーン81とCPUボード82a,82bの下段の、特定の送受信モジュール84a,84bとで信号を送受信できる。CPUボード82a,82bの送受信モジュール84a,84bの他に、CPUボード82a,82b上に実装されたLSIのいくつかには、小型の受信アンテナと受信回路が内蔵される。   By deflecting and transmitting the radio signal in this way so that it can be received from a specific direction, for example, the specific transmission / reception modules 84a and 84b below the backplane 81 and the CPU boards 82a and 82b shown in FIG. You can send and receive signals. In addition to the transmission / reception modules 84a and 84b of the CPU boards 82a and 82b, some LSIs mounted on the CPU boards 82a and 82b include a small receiving antenna and a receiving circuit.

(付記1) 無線通信する通信システムにおいて、
送信データをコード拡散するコード拡散器と、無線信号の出力タイミングの基となる送信側同期信号を、異なった位相で複数生成する送信側同期信号生成器と、コード拡散された前記送信データに基づいて、前記送信側同期信号を選択する送信側同期信号選択器と、選択された前記送信側同期信号に同期して前記無線信号を出力する送信側信号出力器と、を有する送信機と、
前記無線信号を逆拡散するための逆拡散コードを出力するコード出力器と、前記送信側同期信号と同じ複数の受信側同期信号を生成する受信側同期信号生成器と、前記逆拡散コードに基づいて、前記受信側同期信号を選択する受信側同期信号選択器と、選択された前記受信側同期信号に同期した前記無線信号と相関がとられる被相関信号を出力する受信側信号出力器と、前記無線信号と前記被相関信号との相関をとる相関器と、を有する受信機と、
を有することを特徴とする通信システム。
(Supplementary note 1) In a communication system for wireless communication,
Based on a code spreader that code-spreads transmission data, a transmission-side synchronization signal generator that generates a plurality of transmission-side synchronization signals based on the output timing of radio signals at different phases, and the code-spread transmission data A transmitter having a transmission-side synchronization signal selector that selects the transmission-side synchronization signal, and a transmission-side signal output device that outputs the radio signal in synchronization with the selected transmission-side synchronization signal;
Based on a code output unit that outputs a despreading code for despreading the radio signal, a reception side synchronization signal generator that generates a plurality of reception side synchronization signals that are the same as the transmission side synchronization signal, and the despreading code A reception-side synchronization signal selector that selects the reception-side synchronization signal; and a reception-side signal output device that outputs a correlated signal that is correlated with the radio signal synchronized with the selected reception-side synchronization signal; A receiver having a correlator that correlates the radio signal and the correlated signal;
A communication system comprising:

(付記2) 前記無線信号および前記被相関信号は、単サイクルパルスであることを特徴とする付記1記載の通信システム。
(付記3) 前記無線信号および前記被相関信号は、正負の単サイクルパルスであることを特徴とする付記1記載の通信システム。
(Supplementary note 2) The communication system according to supplementary note 1, wherein the wireless signal and the correlated signal are single cycle pulses.
(Supplementary note 3) The communication system according to supplementary note 1, wherein the radio signal and the correlated signal are positive and negative single cycle pulses.

(付記4) 前記無線信号および前記被相関信号は、バースト波であることを特徴とする付記1記載の通信システム。
(付記5) 前記送信データのコード拡散および前記送信機から送信される前記無線信号と、前記受信側信号出力器から出力される前記無線信号との相関は、コンボルバによって行われることを特徴とする付記1記載の通信システム。
(Supplementary note 4) The communication system according to supplementary note 1, wherein the radio signal and the correlated signal are burst waves.
(Supplementary Note 5) The code spread of the transmission data and the correlation between the radio signal transmitted from the transmitter and the radio signal output from the reception-side signal output unit are performed by a convolver. The communication system according to attachment 1.

(付記6) 前記コンボルバは、
表面弾性波の進行方向を横断するストライプ状の導電領域が表面に形成された半導体と、
前記半導体の表面に実装される電気信号を前記表面弾性波に変換する電極と、
前記導電領域に印加される電圧と前記導電領域を通過する前記表面弾性波との積の総和を一定期間積分して出力する積分器と、
を有することを特徴とする付記5記載の通信システム。
(Appendix 6) The convolver is
A semiconductor in which a stripe-shaped conductive region crossing the traveling direction of the surface acoustic wave is formed on the surface;
An electrode that converts an electrical signal mounted on the surface of the semiconductor into the surface acoustic wave;
An integrator that integrates and outputs a sum of products of a voltage applied to the conductive region and the surface acoustic wave passing through the conductive region for a certain period;
The communication system according to appendix 5, characterized by comprising:

(付記7) 前記電極は、対向した金属薄膜が表面に形成された強誘電体であり、前記半導体の表面上またはエッチングにより形成したリセス部に実装されることを特徴とする付記6記載の通信システム。   (Supplementary note 7) The communication according to supplementary note 6, wherein the electrode is a ferroelectric having a metal thin film opposed thereto formed on a surface thereof, and is mounted on a recess portion formed on the surface of the semiconductor or by etching. system.

(付記8) 前記電極は、ピエゾ効果を有する前記半導体の表面に形成されたくし型の金属薄膜パターンであることを特徴とする付記6記載の通信システム。
(付記9) 前記電極は、前記導電領域の中央に実装され、一方の側の前記導電領域には正の信号が与えられ、他方の側の前記導電領域には負の信号が与えられることを特徴とする付記6記載の通信システム。
(Additional remark 8) The said electrode is a comb-shaped metal thin film pattern formed in the surface of the said semiconductor which has a piezo effect, The communication system of Additional remark 6 characterized by the above-mentioned.
(Supplementary Note 9) The electrode is mounted in the center of the conductive region, and a positive signal is given to the conductive region on one side, and a negative signal is given to the conductive region on the other side. The communication system according to supplementary note 6, which is characterized.

(付記10) 前記送信機は、
前記無線信号を送信する複数の送信アンテナと、
前記送信アンテナごとに順次異なるタイミングで前記無線信号を出力する信号出力手段と、をさらに有し、
前記受信機は、
前記無線信号を受信する複数の受信アンテナと、
前記受信アンテナの各々から受信される前記無線信号のタイミングを検出する検出手段と、をさらに有することを特徴とする付記1記載の通信システム。
(Supplementary Note 10) The transmitter is
A plurality of transmitting antennas for transmitting the radio signals;
Signal output means for outputting the radio signal at different timings sequentially for each of the transmission antennas,
The receiver
A plurality of receiving antennas for receiving the radio signal;
The communication system according to claim 1, further comprising detection means for detecting a timing of the radio signal received from each of the reception antennas.

(付記11) 前記送信機は、異なる位相の前記無線信号を前記送信アンテナごとに出力する送信側位相分配器をさらに有し、
前記受信機は、前記受信アンテナの各々から受信される前記無線信号と相関をとるための受信テンプレート信号を、異なる位相で出力するための受信側位相分配器をさらに有することを特徴とする付記10記載の通信システム。
(Supplementary Note 11) The transmitter further includes a transmission-side phase distributor that outputs the radio signals of different phases for each of the transmission antennas,
The receiver 10 further includes a reception-side phase distributor for outputting a reception template signal for correlating with the radio signal received from each of the reception antennas in a different phase. The communication system described.

(付記12) 前記送信側位相分配器および前記受信側位相分配器は、複数のゲート接地型コルピッツ発振回路の各ゲート電極間を抵抗で接続した回路であることを特徴とする付記11記載の通信システム。   (Supplementary note 12) The communication according to Supplementary note 11, wherein the transmission-side phase divider and the reception-side phase divider are circuits in which gate electrodes of a plurality of grounded Colpitts oscillation circuits are connected by resistors. system.

(付記13) 無線信号を送信する送信機において、
送信データをコード拡散するコード拡散器と、
無線信号の出力タイミングの基となる同期信号を、異なった位相で複数生成する同期信号生成器と、
コード拡散された前記送信データに基づいて、前記同期信号を選択する同期信号選択器と、
選択された前記同期信号に同期して前記無線信号を出力する信号出力器と、
を有することを特徴とする送信機。
(Additional remark 13) In the transmitter which transmits a radio signal,
A code spreader for code spreading transmission data;
A synchronization signal generator that generates a plurality of synchronization signals based on the output timing of the radio signal at different phases;
A synchronization signal selector for selecting the synchronization signal based on the code-spread transmission data;
A signal output device for outputting the radio signal in synchronization with the selected synchronization signal;
A transmitter characterized by comprising:

(付記14) 無線信号を受信する受信機において、
無線信号を逆拡散するための逆拡散コードを出力するコード出力器と、
送信機において生成される前記無線信号の出力タイミングの基となる複数の同期信号と同じ複数の同期信号を生成する同期信号生成器と、
前記逆拡散コードに基づいて、前記同期信号を選択する同期信号選択器と、
選択された前記同期信号に同期した前記無線信号と相関がとられる被相関信号を出力する信号出力器と、
前記無線信号と前記被相関信号との相関をとる相関器と、
を有することを特徴とする受信機。
(Supplementary Note 14) In a receiver that receives a radio signal,
A code output device for outputting a despreading code for despreading a radio signal;
A synchronization signal generator that generates a plurality of synchronization signals that are the same as a plurality of synchronization signals that are the basis of the output timing of the wireless signal generated in the transmitter;
A synchronization signal selector that selects the synchronization signal based on the despread code;
A signal output unit that outputs a correlated signal correlated with the radio signal synchronized with the selected synchronization signal;
A correlator for correlating the radio signal and the correlated signal;
A receiver comprising:

(付記15) 無線通信する通信方法において、
送信機によって、
送信データをコード拡散し、
無線信号の出力タイミングの基となる送信側同期信号を、異なった位相で複数生成し、 コード拡散された前記送信データに基づいて、前記送信側同期信号を選択し、
選択された前記送信側同期信号に同期して前記無線信号を出力し、
受信機によって、
前記無線信号を逆拡散するための逆拡散コードを出力し、
前記送信側同期信号と同じ複数の受信側同期信号を生成し、
前記逆拡散コードに基づいて、前記受信側同期信号を選択し、
選択された前記受信側同期信号に同期した前記無線信号と相関がとられる被相関信号を出力し、
前記無線信号と前記被相関信号との相関をとる、
ことを特徴とする通信方法。
(Supplementary Note 15) In a communication method for wireless communication,
Depending on the transmitter
Code spread the transmitted data,
A plurality of transmission side synchronization signals that are the basis of the output timing of the radio signal are generated at different phases, and the transmission side synchronization signal is selected based on the transmission data that has been code spread,
Outputting the radio signal in synchronization with the selected transmission-side synchronization signal;
Depending on the receiver
Outputting a despreading code for despreading the radio signal;
Generating a plurality of receiver-side synchronization signals that are the same as the transmitter-side synchronization signals;
Based on the despread code, select the receiver synchronization signal,
Outputting a correlated signal that is correlated with the radio signal synchronized with the selected receiver-side synchronization signal;
Taking the correlation between the radio signal and the correlated signal;
A communication method characterized by the above.

本発明の通信システムの原理図である。It is a principle figure of the communication system of this invention. 送信機のブロック構成図である。It is a block block diagram of a transmitter. 単一サイクル発生器の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a single cycle generator. 単一サイクル発生器の入出力波形を示した図である。It is the figure which showed the input-output waveform of the single cycle generator. PLLのブロック構成図である。It is a block block diagram of PLL. 分周器を省略したPLLの回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of a PLL in which a frequency divider is omitted. 平衡型の電圧制御発振器の回路図である。It is a circuit diagram of a balanced voltage controlled oscillator. 多相電圧制御発振器の回路図である。It is a circuit diagram of a multiphase voltage controlled oscillator. 相選択器の回路図である。It is a circuit diagram of a phase selector. コンボルバの構成図である。It is a block diagram of a convolver. 送信機のタイミングチャートを示した図である。It is the figure which showed the timing chart of a transmitter. 受信機のブロック構成図である。It is a block block diagram of a receiver. 受信機のタイミングチャートを示した図である。It is the figure which showed the timing chart of a receiver. バースト波を出力する平衡型断続発振器の回路図である。It is a circuit diagram of a balanced intermittent oscillator that outputs a burst wave. 平衡型断続発振器の入出力波形を示した図である。It is the figure which showed the input / output waveform of a balanced intermittent oscillator. PPM回路の回路図である。It is a circuit diagram of a PPM circuit. 筐体内通信の例を示した図である。It is the figure which showed the example of communication within a housing | casing. 筐体内通信の他の例を示した図である。It is the figure which showed the other example of communication within a housing | casing. 通信装置の回路ブロック図である。It is a circuit block diagram of a communication apparatus. 位相分配器の回路図である。It is a circuit diagram of a phase distributor. 遅延時間を制御してビームを走査するアンテナの断面図である。It is sectional drawing of the antenna which controls a delay time and scans a beam. 指向性ビームを偏向する送信機の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the transmitter which deflects a directional beam. 受信方向を偏向する受信機の概略構成図を示す。The schematic block diagram of the receiver which deflects a receiving direction is shown. 参照波を用いる広帯域受信機のブロック構成図である。It is a block block diagram of the wideband receiver which uses a reference wave. 直接コード拡散を使用したUWB送信機のブロック構成図である。It is a block block diagram of a UWB transmitter using direct code spreading. 直接コード拡散を使用したUWB受信機のブロック構成図である。It is a block block diagram of a UWB receiver using direct code spreading.

符号の説明Explanation of symbols

1 送信機
1a コード拡散器
1b 送信側同期信号生成器
1c 送信側同期信号選択器
1d 送信側信号出力器
1e,2f,16,41 アンテナ
2 受信機
2a コード出力器
2b 受信側同期信号生成器
2c 受信側同期信号選択器
2d 受信側信号出力器
2e 相関器
11,43 コード発生器
12,44 コード拡散器
13,45 相選択器
14,46 波形発生器
15,42 BPF
30a,51 デコーダ
30b,52 フリップフロップ回路
30c,54a,54b セレクタ
30d PLL
30e 単一サイクル発生器
47 パルス相関器
48 パルス列積分器
49 比較器
53 16相クロック源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmitter 1a Code spreader 1b Transmission side synchronous signal generator 1c Transmission side synchronous signal selector 1d Transmission side signal output device 1e, 2f, 16, 41 Antenna 2 Receiver 2a Code output device 2b Reception side synchronous signal generator 2c Reception side synchronization signal selector 2d Reception side signal output unit 2e Correlator 11, 43 Code generator 12, 44 Code spreader 13, 45 Phase selector 14, 46 Waveform generator 15, 42 BPF
30a, 51 Decoder 30b, 52 Flip-flop circuit 30c, 54a, 54b Selector 30d PLL
30e Single cycle generator 47 Pulse correlator 48 Pulse train integrator 49 Comparator 53 16-phase clock source

Claims (10)

無線通信する通信システムにおいて、
送信データをコード拡散するコード拡散器と、無線信号の変調に用いられる、所定の異なった位相をそれぞれ有する複数の送信側同期信号を、選択可能に予め生成する送信側同期信号生成器と、コード拡散された前記送信データに対応する位相の前記送信側同期信号を選択する送信側同期信号選択器と、コード拡散された前記送信データを選択された前記送信側同期信号に同期して変調し、前記無線信号として出力する送信側信号出力器と、を有する送信機と、
前記無線信号を逆拡散するための逆拡散コードを出力するコード出力器と、前記送信側同期信号と同じ、所定の異なった位相をそれぞれ有する複数の受信側同期信号を、選択可能に予め生成する受信側同期信号生成器と、前記逆拡散コードに対応する位相の前記受信側同期信号を選択する受信側同期信号選択器と、選択された前記受信側同期信号に同期した前記無線信号と相関がとられる被相関信号を出力する受信側信号出力器と、前記無線信号と前記被相関信号との相関をとる相関器と、を有する受信機と、
を有することを特徴とする通信システム。
In a communication system for wireless communication,
A code spreader for code-spreading transmission data, a transmission-side synchronization signal generator for selectively generating a plurality of transmission-side synchronization signals each having a predetermined different phase used for modulation of a radio signal, and a code A transmission-side synchronization signal selector that selects the transmission-side synchronization signal in a phase corresponding to the spread transmission data, and modulates the code-spread transmission data in synchronization with the selected transmission-side synchronization signal ; A transmitter having a transmission-side signal output device that outputs the wireless signal ;
A code output unit that outputs a despreading code for despreading the radio signal and a plurality of reception side synchronization signals having the same and different phases as the transmission side synchronization signal are generated in a selectable manner in advance . Correlation between the reception-side synchronization signal generator, the reception-side synchronization signal selector that selects the reception-side synchronization signal having a phase corresponding to the despread code, and the radio signal that is synchronized with the selected reception-side synchronization signal A receiver having a receiver-side signal output unit that outputs a correlated signal to be taken, and a correlator that correlates the radio signal and the correlated signal;
A communication system comprising:
前記無線信号および前記被相関信号は、単サイクルパルスであることを特徴とする請求項1記載の通信システム。   The communication system according to claim 1, wherein the radio signal and the correlated signal are single cycle pulses. 前記無線信号および前記被相関信号は、正負の単サイクルパルスであることを特徴とする請求項1記載の通信システム。   The communication system according to claim 1, wherein the radio signal and the correlated signal are positive and negative single cycle pulses. 前記無線信号および前記被相関信号は、バースト波であることを特徴とする請求項1記載の通信システム。   The communication system according to claim 1, wherein the radio signal and the correlated signal are burst waves. 前記送信データのコード拡散および前記送信機から送信される前記無線信号と、前記受信側信号出力器から出力される前記無線信号との相関は、コンボルバによって行われることを特徴とする請求項1記載の通信システム。   The code spread of the transmission data and the correlation between the radio signal transmitted from the transmitter and the radio signal output from the reception-side signal output unit are performed by a convolver. Communication system. 前記コンボルバは、
表面弾性波の進行方向を横断するストライプ状の導電領域が表面に形成された半導体と、
前記半導体の表面に実装される電気信号を前記表面弾性波に変換する電極と、
前記導電領域に印加される電圧と前記導電領域を通過する前記表面弾性波との積の総和を一定期間積分して出力する積分器と、
を有することを特徴とする請求項5記載の通信システム。
The convolver is
A semiconductor in which a stripe-shaped conductive region crossing the traveling direction of the surface acoustic wave is formed on the surface;
An electrode that converts an electrical signal mounted on the surface of the semiconductor into the surface acoustic wave;
An integrator that integrates and outputs a sum of products of a voltage applied to the conductive region and the surface acoustic wave passing through the conductive region for a certain period;
The communication system according to claim 5, further comprising:
前記電極は、対向した金属薄膜が表面に形成された強誘電体であり、前記半導体の表面上またはエッチングにより形成したリセス部に実装されることを特徴とする請求項6記載の通信システム。   The communication system according to claim 6, wherein the electrode is a ferroelectric having a metal thin film opposed to the electrode formed on a surface thereof, and is mounted on a recess formed on the surface of the semiconductor or by etching. 前記電極は、ピエゾ効果を有する前記半導体の表面に形成されたくし型の金属薄膜パターンであることを特徴とする請求項6記載の通信システム。   7. The communication system according to claim 6, wherein the electrode is a comb-shaped metal thin film pattern formed on a surface of the semiconductor having a piezo effect. 前記電極は、前記導電領域の中央に実装され、一方の側の前記導電領域には正の信号が与えられ、他方の側の前記導電領域には負の信号が与えられることを特徴とする請求項6記載の通信システム。   The electrode is mounted in the center of the conductive region, and a positive signal is given to the conductive region on one side, and a negative signal is given to the conductive region on the other side. Item 7. The communication system according to Item 6. 前記送信機は、
前記無線信号を送信する複数の送信アンテナと、
前記送信アンテナごとに順次異なるタイミングで前記無線信号を出力する信号出力手段と、をさらに有し、
前記受信機は、
前記無線信号を受信する複数の受信アンテナと、
前記受信アンテナの各々から受信される前記無線信号のタイミングを検出する検出手段と、をさらに有することを特徴とする請求項1記載の通信システム。
The transmitter is
A plurality of transmitting antennas for transmitting the radio signals;
Signal output means for outputting the radio signal at different timings sequentially for each of the transmission antennas,
The receiver
A plurality of receiving antennas for receiving the radio signal;
The communication system according to claim 1, further comprising detection means for detecting a timing of the radio signal received from each of the reception antennas.
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